双DAC保存系统 偏置电压 ，在电源校准程序中决定了该电压。

　　设计电阻桥式传感器与5V单电源供电的ADC接口是一个新的挑战。有些应用需要输出电压在0V到满量程电压（如4.096V）之间以高精度波动。用大多数单电源仪表放大器，当输出信号接近0V，接近单电源最低输出摆幅限制时，会出现问题。一个好的单电源仪表放大器可在接近于单电源地的范围内摆动, 即使有真正的轨对轨输出，也不能达到地。

　　在这个应用中，传感器是一个精密的 测压元件 ，其额定负载5kg，即约11磅。在铝盘上测重大约150g的物体，即大约5盎司。由于铝盘自重，即使没有任何物体称重，仪表放大器的输出信号也不能低到0V。现在，问题是如何补偿仪表放大器的输出偏置电压和铝盘本身产生的电压值。

　　软件弥补系统偏置是最简单的方法。电源启动期间，铝盘上没有称重物体，系统可以获取偏移电压，并将数据记录在单片机内存中。随后，当有物体称重时，从获得的数据中减去它即可。但是，这种做法不能达到5kg满量程，仅能达到5-0.15kg或4.85kg。

　　本设计方案说明如何利用单片机实现硬件补偿。当电源启动后，运行软件程序复位系统偏移。解

决方案如图1所示，基于四个来自于Linear公司IC的简单电路。精密参考电压源IC1，有高达50mA的最小输出电流。它提供4.096V输出电压驱动测压元件，并设置12位ADC（IC₃）的满量程范围。高精确仪表放大器LT1789-1（IC₂）的特点是在0到70°C温度范围内，最大输入失调电压为150 µV，轨对轨输出电压相对地110mV范围内摆动时，最大输入失调偏置电压是 0.5µV/°C。通过精密电阻R₂（阻值为500Ω）设定增益，当称重是5kg时，输出范围为4.096V，其最大输入信号是V_CC×S=4.096V×2 mV/V=8.192 mV，这里S是该传感器的灵敏度。

　　双通道DAC（IC₄）的DAC_A输出在仪表放大器参考引脚处，提供200mV的参考电压，避免放大器本身近地饱和，但传输特性不是线性关系。放大器最坏情况下输出偏移是：V_REF+V_PAN±V_OFFSET=200 mV+125 mV±500×150 µV=325 mV±75 mV="250" mV/400 mV，这里V_PAN=125 mV，是铝盘自重产生的电压值。

　　因此系统输出偏移是250到400mV。电源启动，微控制器运行程序设置DAC_A输出为200mV，同时，增加双通道DAC（IC₄）的DAC_B输出直到等于ADC（IC₃）管脚2的系统偏置，转换结果就是000h。这一结果是可能的，因为IC₄包含两个12位2.5V满量程电压的DAC，最低有效位（LSB）等于0.61mV，小于IC₃为1mV的分辨率。这个数字相当于该天平的分辨率：5000g/4096=1.22g。当最大负载5kg时，仪表放大器的最大输出电压是4.096V+_{VOUT_TOTAL_OFFSET_INA}=4.346V/4.496V，低于4.62V高饱和温度的最坏情况。

　　IC₃有一个单极差分输入，所以可以从+IN输入电压中减去一个恒定电压值等于IC₄的DAC_B提供的系统偏置。在第一个半时钟周期内，ADC采样和保持正向输入电压。这阶段结束后，或在获取时间内，输入电容切换到负输入并开始转换。在IC₃输入处的RC输入滤波器的时间常数为0.5µs，允许在正负输入电压利用最高为200kHz时钟频率在转换时间的第一时钟周期内达到12位精度。如果想增加时间常数，必须降低时钟频率。

　　此外，DAC和ADC有三线串行接口，可方便地将数据传输到最高采样率为12.5kS/s的普通微控制器。当ADC处于没有转换的时候，它会自动把功率降至1nA的电源电流，而且如果单片机通过其引脚3来关闭IC₁，电路限制电源电流在最坏情况下仅为1mA，因为所有的IC集成电路都是微功耗的。

　　英文原文：

　　Circuit compensates system offset of a load-cell-based balance

　　A dual DAC stores the system-offset voltage, which gets determined during a power-on calibration sequence.

　　Luca Bruno, ITIS Hensemberger, Monza, Italy; Edited by Charles H Small and Fran Granville -- EDN, 8/16/2007

　　It’s a challenge to interface a resistive bridge sensor with an ADC receiving its power from a 5V single-supply power source. Some applications require output-voltage swings from 0V to a full-scale voltage, such as 4.096V, with excellent accuracy. With most single-supply instrumentation amplifiers, problEMS arise when the output signal approaches 0V, near the lower output-swing limit of a single-supply instrumentation amp. A good single-supply instrumentation amp may swing close to single-supply ground but does not reach ground even if it has a true rail-to-rail output.

[1] [2]  下一页