例如，假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)電源為ADC提供3.3V電平，則對(duì)于相同的增益，容性PGA相比阻性PGA的改進(jìn)總結(jié)見(jiàn)表1。

 

表1. 惠斯登電橋中的阻性PGA和容性PGA對(duì)比（假設(shè)使用標(biāo)準(zhǔn)電源和增益）

 

可能存在的另一個(gè)問(wèn)題，是當(dāng)電橋的連接位置離ADC較遠(yuǎn)時(shí)，接地之間可能有所不同。這也許會(huì)使共模電壓偏移，從而導(dǎo)致ADC輸入共模相對(duì)于電橋不平衡，并降低阻性PGA中的最大允許增益。

 

使容性PGA性能與阻性PGA相當(dāng)?shù)目尚修k法是以更高的電源電壓對(duì)電橋供電。比如，以±3.3 V雙極性電源對(duì)電橋供電，從而增加應(yīng)變計(jì)的靈敏度，但代價(jià)是更高的系統(tǒng)復(fù)雜性和功耗。

 

可能會(huì)得益于容性PGA的另一個(gè)例子是采用電阻式溫度檢測(cè)器(RTD)或熱電偶的溫度測(cè)量應(yīng)用。

 

常用RTD電阻（比如PT100）可以用來(lái)直接檢測(cè)溫度，或間接檢測(cè)熱電偶的冷結(jié)，如圖9所示。

 

圖9.典型熱電偶設(shè)置。

 

每一個(gè)PT100器件都提供不同的導(dǎo)線，采用最受歡迎的高性價(jià)比三線式配置。

 

測(cè)量溫度并消除引線誤差的傳統(tǒng)方法如圖10所示。本例中，集成PGA的Σ-Δ型ADCAD7124-8的內(nèi)部電流源以相同電流驅(qū)動(dòng)雙線式RTD，在兩個(gè)引線上產(chǎn)生相同的失調(diào)誤差，其值與引線電阻成正比。

 

由于 AD7174-8 具有較小的引線電阻和電流（為了最大程度減少自發(fā)熱效應(yīng)），RL3產(chǎn)生的失調(diào)電壓靠近負(fù)供電軌，極大地降低了阻性PGA中允許的最大增益，因?yàn)槠漭斎牍材Ｏ啾热菪訮GA同樣將會(huì)非常接近供電軌，在內(nèi)部將共模電壓設(shè)為電源供電軌的一半，允許更高的增益配置，從而提高總動(dòng)態(tài)范圍。

 

建議的解決方案極大降低了系統(tǒng)和硬件連接的復(fù)雜性，因?yàn)榈谌龡l線纜不應(yīng)返回至ADC PCB，并可連接RTD位置附近的地。

 

圖10.三線式RTD測(cè)量。

 

為了增加溫度測(cè)量的精度，建議采用四線式測(cè)量。本例中，只使用了一個(gè)電流基準(zhǔn)。為了避免電流源的不精確性，可以將精密電阻用作ADC基準(zhǔn)電壓發(fā)生器來(lái)進(jìn)行比例測(cè)量，如圖11所示。

 

圖11 .比例四線式RTD測(cè)量。

 

選擇適當(dāng)?shù)耐獠烤茈娮柚?，使RTD上產(chǎn)生的最大電壓等于基準(zhǔn)電壓除以PGA增益。

 

對(duì)于3.3 V電源而言，在阻性PGA中，精密電阻上產(chǎn)生的電壓應(yīng)為1.65 V左右，否則PGA共模電壓將限制最大增益。其結(jié)果是，最大增益信號(hào)應(yīng)等于1.65V。在容性PGA中，不存在輸入共模的限制，因此RTD共模信號(hào)可以靠近頂部供電軌放置，最大程度提升了精密電阻生成的ADC基準(zhǔn)電壓，并因此實(shí)現(xiàn)最高的可選增益和動(dòng)態(tài)范圍。

 

表2總結(jié)了阻性PGA相對(duì)于容性PGA的最大增益，最大電流源為500μA，限制了Pt100的自發(fā)熱（假定B類RTD，此時(shí)最高溫度為600°C，最大VREF為2.5 V）。

 

表2. 四線式RTD比例測(cè)量中的阻性和容性PGA對(duì)比

 

結(jié)論

 

相比阻性PGA，容性PGA具有多項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì)。諸如噪聲、共模抑制、失調(diào)、增益誤差以及溫度漂移等關(guān)鍵規(guī)格都由于電容作為增益元件的固有溫度穩(wěn)定性以及匹配屬性而得到了改善。

 

另一項(xiàng)重要特性是內(nèi)部共模電壓從放大器內(nèi)部共模電壓中去耦。當(dāng)待放大的輸入信號(hào)為靠近供電軌的共模電壓時(shí)，這點(diǎn)尤為重要。阻性PGA的增益選擇嚴(yán)重受限于其共模限制，或者要求更高的供電軌或外部元件將輸入信號(hào)重新偏置到供電軌的一半。而容性PGA卻可以輕松處理這種檢測(cè)場(chǎng)景。

 

 

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