Anonim

Il est difficile d’interfacer un capteur de pont résistif avec un CAN qui est alimenté par une source unique de 5V. Certaines applications nécessitent des variations de tension de sortie de 0 V à une tension à pleine échelle, telle que 4, 096 V, avec une excellente précision.

La plupart des amplificateurs d’instrumentation à alimentation simple posent des problèmes lorsque le signal de sortie se rapproche de 0 V, près de la limite d’oscillation de sortie inférieure d’un amplificateur d’instrumentation à alimentation simple. Un bon amplificateur d'instrumentation à alimentation simple peut basculer près de la masse à alimentation simple, mais n'atteint pas la terre, même s'il a une véritable sortie rail à rail.

Dans cette application, le capteur est un capteur de force de précision avec une charge nominale de 5 kg (environ 11 lb) pour peser des objets sur un plateau en aluminium pesant environ 150 g (environ 5 oz). En raison du poids de la casserole, le signal de sortie de l'amplificateur d'instrumentation ne peut jamais descendre à 0 V, même s'il n'y a pas d'objets à peser. Maintenant, le problème se pose de savoir comment compenser la tension de décalage de sortie de l'ampli d'instrumentation et la tension que le panoramique produit lui-même.

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Une approche logicielle est le moyen le plus simple de compenser le décalage du système. Lors de la mise sous tension, aucun objet ne doit peser sur le plateau et le système peut ainsi acquérir la tension de décalage et conserver les données dans la mémoire du microcontrôleur, en les soustrayant ensuite des données acquises lorsqu'il y avait un objet à peser. Toutefois, cette approche n’atteint pas l’équilibre complet de la balance de 5 kg, qui n’atteint que 5–0, 15 kg, soit 4, 85 kg.

Cette idée de conception montre comment obtenir une compensation matérielle à l'aide d'un microcontrôleur qui, à la mise sous tension, lance une routine logicielle permettant de réinitialiser le décalage du système. La solution est un circuit simple basé sur quatre circuits intégrés de Linear Technology dans la figure 1.

Une référence de tension de précision, IC1, a un courant de sortie minimum élevé de 50 mA. Il fournit une tension de sortie de 4, 096V pour alimenter le capteur et définir la pleine échelle du convertisseur analogique-numérique 12 bits, IC3.

L’amplificateur d’instrumentation LT1789-1 de haute précision, IC2, présente une tension de décalage en entrée maximale de 150 µV sur la plage de températures comprise entre 0 et 70 ° C et une tension de décalage en dérive d’entrée maximale de 0, 5 µV / ° C sur la plage de températures à 70 ° C avec une sortie rail à rail qui oscille à moins de 110 mV du sol. Vous réglez le gain à travers la résistance de précision R2 sur une valeur nominale de 500? pour donner une plage de sortie de 4, 096 V lorsque la charge est de 5 kg et son signal d'entrée maximal est VCC × S = 4, 096 V × 2 mV / V = ​​8, 192 mV, où S est la sensibilité du capteur.

La sortie du DAC_A du dual-DAC IC4 fournit une tension de référence de 200 mV sur la broche de référence de l'ampli d'instrumentation pour éviter la saturation près de la masse de l'amplificateur lui-même, où sa caractéristique de transfert n'est pas tout à fait linéaire. Le décalage de sortie total le plus défavorable de l'amplificateur est: VREF + VPAN ± VOFFSET = 200 mV + 125 mV ± 500 x 150 µV = 325 mV ± 75 mV = 250 mV / 400 mV, où VPAN = 125 mV et correspond à la tension le poids de la casserole produit.

Le décalage de sortie du système est donc de 250 à 400 mV. À la mise sous tension, le microcontrôleur lance une routine qui définit la sortie du DAC_A égale à 200 mV, tout en augmentant la sortie du DAC_B du dual-DAC IC4 jusqu’à ce qu’elle soit égale à l’offset système de la broche 2 de l’ADC IC3, et le résultat de la conversion est 000h. Ce résultat est possible car IC4 contient deux CNA 12 bits avec la même tension à pleine échelle de 2, 5 V, ce qui donne 1 LSB égal à 0, 61 mV, ce qui est inférieur à la résolution de 1 mV d'IC3. Ce chiffre correspond à la résolution de la balance: 5000g / 4096 = 1, 22g.

La tension de sortie maximale de l'amplificateur d'instrumentation avec une charge maximale de 5 kg est de 4, 096 V + VOUT_TOTAL_OFFSET_INA = 4, 346 V / 4, 496 V, ce qui est inférieur au pire des cas de dépassement de température de 4, 62 V de saturation élevée.

IC3 a une seule entrée différentielle unipolaire, vous pouvez donc soustraire de la tension d'entrée + IN une tension constante de valeur égale à l'offset système fourni par DAC_B de IC4.

Pendant les premiers cycles d'horloge et demie, l'ADC échantillonne et conserve l'entrée positive. À la fin de cette phase ou du temps d'acquisition, le condensateur d'entrée bascule sur l'entrée négative et la conversion commence.