I convertitori A/D Easy Drive semplificano le misure su sensori ad alta impedenza

Pubblicato il 11 gennaio 2016
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La famiglia di convertitori delta-sigma LTC2484  di Linear Technology risolve questo problema bilanciando le correnti d’ingresso e quindi semplificando i circuiti di regolazione del segnale o anche eliminando la necessità di usarli.

Un’applicazione frequente di un convertitore A/D delta-sigma è la misura della resistenza di un termistore.

Fig. 1 – Connessioni di LTC2484

La figura 1 mostra le connessioni di LTC2484 per eseguire misure dirette su termistori di resistenza fino a 100 kΩ.

Per l’ingresso/l’uscita dei dati si impiega una normale interfaccia SPI e la corrente di campionamento a ciascun ingresso è pari a circa:

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ossia circa 1,67 μA quando VREF è uguale a 5V ed entrambi gli ingressi sono collegati a massa.

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Fig. 2 – Sensore centrato

La figura 2 mostra come bilanciare il termistore in modo tale da ridurre al minimo la corrente d’ingresso del convertitore A/D.

Se i resistori R1 e R4 hanno la stessa resistenza, la corrente d’ingresso è nulla e quindi è nullo anche l’errore.

Nel caso in cui i resistori di riferimento hanno tolleranza pari a 1%, l’errore massimo nella misura di resistenza è di 1,6Ω a causa della leggera variazione della tensione di modo comune, di gran lunga inferiore all’errore dei resistori di riferimento stessi, uguale a 1%.

Non è necessario nessun amplificatore, per cui questa soluzione è ideale in applicazioni a micropotenza.

Potrebbe essere necessario mettere a massa uno dei capi del sensore per ridurre il livello di rumore o per semplificare il cablaggio se il sensore è remoto.

La variazione della tensione di modo comune produce un errore a fondo scala di 3,5kΩ nella misura di resistenza se questo circuito viene utilizzato senza buffer.

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Fig. 3 – Sensore con buffer, collegato a massa

La figura 3 mostra come interfacciare un amplificatore operazionale a ridotta larghezza di banda e potenza bassissima con LTC2484.

LT1494 presenta specifiche CC eccellenti per un amplificatore con corrente di alimentazione uguale a 1,5 µA – la massima tensione di offset è pari a 150 µV e il guadagno ad anello aperto è uguale a 100.000 – ma la larghezza di banda di 2kHz lo rende inadeguato per il pilotaggio di convertitori A/D convenzionali.

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Fig. 4 – Scheda di circuiti dimostrativa di LTC2484

Aggiungendo un filtro da 1 kΩ e 0,1 µF si risolve questo problema poiché si fornisce una riserva di carica per la corrente di campionamento istantanea dell’LTC2484, mentre il resistore da 1kΩ isola il carico capacitivo dall’LT1494.

Questa soluzione è da evitare con un ordinario convertitore A/D delta-sigma, poiché la corrente di campionamento generata da convertitori A/D con specifiche simili a quella della famiglia LTC2484 causerebbe un offset di 1,4mV e un errore a fondo scala di 0,69 mV nel circuito illustrato nella figura 3.

La corrente d’ingresso bilanciata di LTC2484 consente di cancellare agevolmente questi errori inserendo un filtro identico in corrispondenza di IN–.

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Fig. 5 – Schermata del software dimostrativo dell’LTC2484 che mostra l’offset in microvolt e il rumore pari a 600 nVeff

Mark Thoren, Staff scientist, Linear Technology