工业测量软件有哪些（工业测量系统原理与应用）

作为现实世界信号与现代数字信号处理功能电路之间的关键使能接口，——精密模数转换器广泛应用于工业过程中的高端测试/测量系统。

然而，将传感器或其他信号源连接到转换器并获得数据转换器产品中宣传的所有性能并不容易。通常需要缓冲、电压保护或其他功能等附加功能。电路帮助。

那么，如何简化这个问题呢？

——ADI Mixed Signal 高级设计工程师Andrew Thomas 谈到了一款用于LTC2358 8 通道ADC 的新型集成皮安输入模拟缓冲器，它不仅实现了LTC2348 8 通道逐次逼近ADC 的卓越性能，而且能够测量任何输入和卓越的灵活性，同时还具有高性能FET 输入缓冲。

这些缓冲器使信号调理能够围绕信号的需求进行设计。纯电容pA 输入可以直接连接到各种精密的低电流传感器，并简化模拟抗混叠滤波器和其他功能电路的设计。现在我将向您介绍缓冲输入可以改进系统的几种方法。

许多传感器，甚至是具有输出的慢速或精密传感器，都可以简单地直接连接到LTC2358，而无需任何中间信号调节。一般来说，传统的8 通道ADC 需要四个这样的双通道高压运算放大器来提供缓冲，但LTC2358 通过消除这些运算放大器可以显着节省电路板面积和功耗。

这种类型的传感器直接连接到一个简单的热敏电阻电路，该电路在ADC 上产生一个电压，该电压与热敏电阻与上述固定电阻的比率相关。但请注意，将电阻器顶部连接到ADC 基准可确保即使在基准漂移时也能获得准确的比率。

选择热敏电阻时，阻值过低会导致热敏电阻功耗较大，从而影响测量精度。另一方面，高阻值热敏电阻的精度需要非常高的输入阻抗测量。此时，LTC2358 的纯电容输入“大放异彩”；然而，通过添加20k 电阻元件可以提供更好的精度。

LTC2358 的高采样率和低噪声允许使用与热敏电阻并联的开关来进一步改进。当开关打开时，热敏电阻没有功耗，因此处于环境温度水平。当需要测量温度时，开关会短暂关闭1ms，然后完成测量。因此，热敏电阻几乎没有时间自行加热。

下图显示了可以进行精确测量的极快速度，以及当转换操作持续100ms（远远超过所需时间）时测量误差的增加。这表明传感器和LTC2358 之间的连接很容易。不仅如此，它的缓冲区还可以更轻松地设计一个可以干净、透明地处理超出范围的信号的系统，无论其正常运行如何。发生部分或某些其他系统故障情况。

ADC 输入信号超出范围的原因有很多：有时，就像将2kg 的物体放在1kg 的秤上一样明显；它们也可能源于传感器、电源或接线故障。这些情况的后果充其量是分散注意力，最坏的情况是影响表现。 LTC2358 有助于简化构建能够容忍超出范围信号的高性能系统。

下面的颜色条以图形方式显示了LTC2358 在各种输入电压条件下的预期操作。当模拟输入电压超过其编程满量程时，ADC 不会出现问题。例如，如果输入配置为0V 至5V 操作，但系统施加10V 或任何高达高压电源差值的电压，则转换器将仅报告饱和满量程值。其他通道上的转换结果仍然准确，并且功耗不会增加。

在更严重的情况下，输入可能会被驱动到超出高压电源。例如，如果40V 供电的放大器驱动ADC，则在某些异常情况下放大器可能会将输入驱动至40V。内部二极管将模拟输入钳位到高压电源，因此有必要限制电流以避免损坏设备或其他电路。

LTC2358 可以毫无顾虑地承受引脚电压被拉至超出其电源电压高达10mA，因此只需将一个2.5k 电阻器与输入串联即可允许杂散输入信号升至40V。 ADC 的高阻抗输入确保电路正常工作时该串联电阻不会导致性能下降，并且高达40V 的电压不会导致其他ADC 通道的精度受到影响。将输入拉至负电源以下（低至40V）不会造成损坏，但这会降低其他通道的精度。如果超过这些限制，ADC 和电阻器中的功耗可能会损坏器件。

其他电阻值可用于其他可行的过驱动范围，请记住10mA 电流限制。例如，10k 电阻器允许施加100V 电压，当在10k 电阻器上施加100V 电压时，功耗为1W。需要更高功率的电阻器，但该解决方案仍然非常简单且稳健。

那么如何消除或简化ADC 前面的电路呢？ LTC2358 可以利用其极低的输入电流和宽共模范围，以一些更具创意的方式集成到传感系统中。模拟输入电流完全由结漏电流决定，在室温下通常小于10pA。这种低输入电流意味着LTC2358 可以与非常低的电流信号电平（典型的光电二极管）一起使用。

光电二极管是反向偏置二极管，设计用于传导少量电流，该电流取决于二极管上的光强度。这种小电流信号通常通过像这样的跨阻抗运算放大器电路转换为电压，从而运算放大器的输出电压与二极管电流成正比，并且可以通过ADC 进行数字化。

它也可以被视为非常高的电阻，并且高精度地测量其电流要求与其连接的任何组件必须具有非常低的输入电流。因此，所示的运算放大器通常是FET 输入运算放大器。然而，FET运放的输入失调电压通常不太好，这会影响输出电压的精度。

LTC2358 能够进行差分测量，因此可以连接它来测量电阻器两端的电压，而不是运算放大器输出端的电压。这种连接消除了测量中运算放大器偏移和低频噪声的影响。该电路的工作原理主要是因为LTC2358 本身具有非常低的输入电流，在室温下通常仅为几pA，因此可以合理地将其直接连接到光电二极管，而不会干扰测量。

该光电二极管电路是使用LTC2358 的缓冲输入来实现的。在更多的应用中，如果使用低功耗运放，设计模拟信号滤波器和接口的工作将大大简化。将此功能添加到简单的过载耐用性、直接传感器连接和卓越的本机性能中，将使LTC2358 成为许多多通道系统的出色解决方案。