用于可变条件下噪声传感器的高分辨率 ADC

电器工程 传感器 ADC
2022-02-06 06:05:11

介绍

在回答这个关于自适应放大器的问题时,建议为了处理可变条件,简单地使用分辨率更高的ADC可能更经济,这样我就不用担心放大了,我可以做缩放在软件中。

概述

我正在尝试为安装在身上的基于纺织品的拉伸传感器设计一个数据采集电路。织物在拉伸时会改变阻力(大约 1 个数量级,10k -100k,拉伸率为 30%)。确切的范围将根据纺织品的切割方式、是否被汗水浸泡、温度、材料的年龄、安装方式等而变化。整个东西需要尽可能小,因为它是安装在手上的,因此尽量减少组件的数量是一大优势。ΩΩ

此外,我希望该电路可重复用于其他性能可能较差的应用程序。例如,如果我使用更便宜的纺织品,我的电阻范围可能差到 100到 300ΩΩ

信号路径

[纺织品] -> [惠斯通电桥] -> [低通] -> [仪表放大器] -> [ADC] -> [AVR]

要求

所以,我正在寻找能满足我要求的 ADC。ADC 应该是:

  1. 16位+
  2. 尽可能易于使用:如果已经为 AVR/Arduino 编写了接口代码,那就更好了……
  3. ...但同时尽可能全面:我见过一些内置低通滤波器和 PGA 的 ADC——只要不让配置变得痛苦就更好了
  4. 8+ 通道,或者如果很容易实现,2x 4+ 通道。编辑:如果我使用惠斯通电桥,也许我想要 8 个差分输入通道(所以 16 个通道)......
  5. 我不认为工作电压很重要......(最好不高于 5V)
  6. 表面贴装
  7. 不需要便宜(这是一次性的)
  8. 我认为 SPI 与 I2C 无关紧要......
  9. 100+ 赫兹

研究

到目前为止,通过谷歌搜索,我发现了以下芯片:

以及以下教程:

电压参考?

最后,有人推荐了精密电压基准,例如 Analog Devices REF19x系列。你认为这有必要吗?分辨率对我来说绝对重要。

结论

如果您有任何建议,请告诉我!我也不确定我到底在寻找什么,所以关于如何决定的提示也很感激。

4个回答

TI 的ADS1256具有 8 个带有高阻抗输入缓冲器和 PGA 的单端 24 位通道。OpenEXG 项目有PIC 代码来连接它(他们使用两个通道版本的 ADS1255,但应该是相同的)。

如果您想要差分输入,那么ADS1298具有 8 个通道、PGA 和 A/D、内部参考以及您可以忽略的 ECG/EEG 电路。不过,我不确定您是否可以找到任何示例代码。

如果您正在寻找分辨率,那么精确、低噪声的参考是必须的。

一个可能非常规的想法,我很好奇你们是怎么想的:

一个数量级的变化似乎足以在分压器电路中直接测量它。

然后,您可以使用较小的 ADC 并改变通过传感器的电流。一个经过滤波的 PWM 电压源 + 一个电压跟随器(如果你在空间上大放异彩,可能是一个 NPN 晶体管)可以大大提高你的动态范围。

您可以使用其中的一种或两种,并在测量不同的传感器时切换电压。

如果您主要担心任何给定“传感器”的动态范围很宽,您可以考虑使用 DAC(甚至只是 MPU 引脚控制的电压源)来调整放大器偏移/增益,以改变不同材料的系统性能。

您还可以在这个可变增益阶段之后使用电荷积分电路,这样您就可以通过调整“曝光”周期来微调信号灵敏度。

如果您有足够的计算能力来满足所需的采样率,请考虑数字滤波。Savitzky-Golay过滤器,f/ex。

  • 更改算法比更改零件更容易;
  • 通过将一些过滤推送到软件上,您可能可以使用更低规格的部件,而不是部件本身必须更耐噪声或进行所有过滤;
  • 您将更多地了解您的输入以及您需要从他们那里得到什么,并且可以做出更明智的零件选择,如果您这样做,实际上需要更高规格的零件。
  • 软件和技能很容易转移到您的其他应用程序中!