就阻抗高于 1.5kW 的传感器而言,图 3b 所示电路能够非常容易地修改,可以增加一个具有低偏置电流的放大器,如 LTC6078,该器件在室温时最大输入偏置电流为 1pA。一个这类的例子是 pH 值传感器,其阻抗高于几 MW。假定传感器的阻抗为 5MW,放大器的输入偏置电流为 1pA,那么所产生的误差为 5mV(5MW×1pA),这个误差项在 16 位分辨率(76mV)时仍远低于 1LSB,这可以确保设计师从pH 值传感器获得准确、稳定的测量值。
增加缓冲放大器以后(图4),由于 LTC2450 的 50nA 低采样电流,设计师现在还可以在 ADC 之前使用低通滤波器。放置在 ADC 之前的 RC 网络极大地改善了系统的性能和易用性,同时提供低通和抗混叠滤波。电容器提供一个电荷库,提供 ADC 的瞬时采样电流,同时电阻隔离容性负载和放大器。
图 4 通过增加外部缓冲器和低通滤波器,LTC2450 可以非常容易地测量阻抗大于 1.5kΩ 的传感器信号
今天的大多数 ADC 都有高得多的采样电流,这意味着与 ADC 输入串联的 1kΩ 电阻会引起直流误差。
结语
随着设计师们不断尝试在更小的空间中实现更多的功能并降低预算,他们面临的难题也越来越多了。嵌入 ADC 的微控制器和其他低价、低分辨率 ADC 也许很容易用来监视电压、电流或温度这类模拟信号,但是进一步研究会发现,误差源和解决方案尺寸问题会累积,难以获得准确的读数。
尽管缩小的设计从某些方面来看可能是好的,但是更小的集成电路封装不总是等于更好的性能。微控制器面临的一个问题是,随着这类器件基于更精细的细线工艺采用更小的晶体管,制造商保持 嵌入式 ADC 的性能也将会越来越困难。
LTC2450 采用手工设计,为 16 位性能而优化,在整个温度范围内性能有保证,仅占用 4mm2的电路板空间,该器件为取代嵌入式 ADC 或低分辨率 ADC 提供了一个简单的解决方案。LTC2450 的价格为 1.15 美元,如同用 12 位器件的价格获得了 16 位分辨率。