如何将ADC代码转换为电压

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在本系列的第1篇文章中，我解释了如何通过使用公式1将ADC的输出代码乘以最低有效位（LSB）大小来计算模数转换器（ADC）的输入电压：

为计算ADC的LSB大小，我们使用公式2：

现在，您已经知道如何从输出代码中计算输入电压，我们来看几个常见的应用示例，它们使用Δ-ΣADC来显示如何从测量电压计算相关的物理参数。通过每个示例，我提供了相关TI Designs参考设计的链接，您可以在其中获得额外的设计帮助。

电流分流测量

ADC测量电压；因此，您必须先将电流转换成电压。最简单的方法是强制电流通过具有已知值的电阻，如图1所示。

图1：电流分流测量

电流和电压之间的关系由欧姆定律（V = I∙R）给出。要获取当前幅度I，请将ADC上测得的电压乘以电阻VR，并将其除以电阻R，如公式3所示：

确保电流测量的准确性需要精确稳定的分流电阻。其他设计考虑可在汽车车载充电器系统（TIDA-00456）的TI Designs电压和电流测量参考设计中找到。

RTD温度测量

电阻温度检测器（RTD）是具有温度依赖性电阻的温度传感器。ADC间接测量RTD电阻并推断RTD温度。测量配置与图1相似，只是已知的励磁电流IExcite被强制流经电阻器，以产生电压。该电流也可以产生ADC的参考电压，使其测量成比例，如图2所示。

图2：成比例RTD测量

为了计算RTD电阻，RRTD，将测量电压VRTD除以激励电流IExcite，如公式4所示：

电流源的精度通常会影响电阻测量的精度；但通过使用图2所示的比例配置，您可以消除此依赖关系。注意LSB大小如何与激励电流成比例，如等式5所示：

将等式5代入等式4导致不依赖于激励电流的幅度的比例关系，如等式6所示：

现在测量的精度主要取决于参考电阻的稳定性，这通常比励磁电流的稳定性更佳。该配置称为比例计算，因为ADC的输出代码与RTD和参考电阻的比例成比例。

RTD电阻已知，但您仍然必须确定RTD的温度。等式7使用Callendar-Van Dusen方程来指定温度和RTD电阻之间的关系：

式中，T是RTD温度；A、B和C是由RTD类型给出的标准多项式系数；R0是0℃时RTD的标称电阻。请注意，对于0℃以上的温度，您可以简化公式7直接求解温度，如公式8所示：

在仅使用较小温度范围的情况下，进行线性近似以简化温度计算。或者，您可以使用软件参考查找表将RTD电阻转换为温度，而无需求解多项式方程。

使用查找表进行RTD测量的示例可在TI Designs RTD温度变送器中找到，用于2线、4至20 mA电流环系参考设计（TIDA-00095）。

热电偶温度测量

热电偶是一个温度传感器，可产生与两个接头之间的温差成正比的温度相关电压输出：感测/热接点和参考/冷接点。ADC测量该电压并将其转换为相对温度（温差），如图3所示。

图3：热电偶测量

为了确定感应接头处的绝对温度，TSense将相对温度加到参考结温度TRef，必须通过控制其温度或通过其他方法测量温度来获知。一旦ADC测量了输入电压，使用多项式方程计算出热电偶的绝对温度，如公式9所示：

系数c0，c1，c2，...，cN是特定于热电偶类型和相关温度范围的标准多项式系数。在许多情况下，使用查找表比求解方程9更方便，这可能具有极高阶。

使用热电偶测量查找表的示例可在使用RTD或集成温度传感器进行冷端补偿（CJC）的TI Designs热电偶AFE参考设计（TIDA-00168）中找到。

称重传感器测量

称重传感器由桥式结构的电阻组合组成，其中一些元件（应变计）基于所施加的负载（或重量）在电阻上存在变化，如图4所示。

图4：称重传感器测量

电阻桥提供与激励电压和施加负载成比例的输出电压。即使施加的负载改变了应变计的电阻，由于施加的负载和输出电压之间存在非常线性关系，所以不需要测量电阻，如等式10所示：

式中，外施载荷（kg）是称重传感器上的重量；负载能力（kg）是称重传感器的额定重量容量；VExcite（V）是施加到称重传感器的激励电压；而灵敏度（mV/V）（额定输出）是由称重传感器制造商给出的指定参数，其指示称重传感器在具有1V激励电压的全容量时的输出电压。

注意，激励电压的变化对测量结果有直接的影响；因此，通常使用激励电压作为参考电压，使测量成比例，与激励电压无关。当参考电压等于激励电压时，使用公式11计算重量：

其他设计考虑和改进称重精度的技巧可在TI Designs高分辨率、低漂移、具有交流电桥激励（TIPD188）的精密称重参考设计中找到。