在非對稱高電壓電源配置中，施加到電橋的激勵電壓 V_EXCITATION 通常不能用作 ADC 電源電壓，而是需要使用額外的低電壓電源 (≤ 5V) 為 ADC 供電。此外，ADC 不能直接使用高電壓激勵源作為差分基準(zhǔn)電壓 V_REF，而是需要使用一個衰減電路。通常使用圖 6-5 所示的簡單電阻分壓器，但也可以使用其他選項，包括差分放大器或分立式電壓基準(zhǔn)。使用電阻分壓器或放大器可在電橋和基準(zhǔn)輸入之間引入誤差，而電橋和 ADC 輸入之間不存在該誤差，從而導(dǎo)致偽比例基準(zhǔn)配置。選擇分立式電壓基準(zhǔn)會導(dǎo)致非比例配置。最后，選擇非對稱電源電壓，使電橋輸出共模電壓處于 ADC 的低電壓輸入范圍內(nèi)。否則，需使用額外的輸入信號調(diào)理電路。

使用偽比例基準(zhǔn)和非對稱高電壓 (> 5V) 電源的四線電阻式電橋測量需要：

• 差分模擬輸入（AINP 和 AINN）
• 差分基準(zhǔn)輸入（REFP 和 REFN）或 集成式電壓基準(zhǔn)
• 低噪聲放大器
• 高電壓非對稱電源
• V_REF 衰減電路（電阻分壓器、差分放大器等）或 單獨的電壓基準(zhǔn)

首先，使用表 6-9 中的公式和表 6-8 中的參數(shù)，確定電橋的最大差分輸出電壓 V_{OUT(Bridge Max)}。該值提供了電橋在正常工作條件下可以提供的最大輸出電壓，并對應(yīng)于可以施加到電橋的最大負(fù)載 Load_{(Bridge Max)}。如果系統(tǒng)不使用電橋的整個輸出范圍，則 V_{OUT(System Max)} 定義的是施加到特定系統(tǒng)的最大差分輸出信號，Load_{(System Max)} 是對應(yīng)的最大負(fù)載。例如，如果 V_{OUT(Bridge Max)} 對應(yīng)于 Load_{(Bridge Max)} = 5kg，但系統(tǒng)規(guī)格只需要 Load_{(System Max)} = 2.5kg，則 V_{OUT(System Max)} 由方程式 52 給出：

請注意，如果 Load_{(System Max)} = Load_{(Bridge Max)}，則 V_{OUT(System Max)} = V_{OUT(Bridge Max)}。

確定了 V_{OUT(System Max)} 后，為放大器選擇對應(yīng)的增益值。放大器增益應(yīng)該是小于 ADC 滿量程范圍 (FSR) 的最大允許值。在某些情況下，不可能選擇使用整個 ADC FSR 的放大器增益，尤其是在選擇了具有集成 PGA 的 ADC 時。雖然這通常是分辨率和易用性之間的一種可接受的折衷，但在 ADC FSR 無法最大化的情況仍應(yīng)確保所有系統(tǒng)要求得到滿足。

接下來，選擇非對稱電源的電壓值，以便在空載條件下 (R1 = R2 = R3 = R4)，使電橋共模電壓 V_CM(Bridge) 處于 ADC 放大器共模電壓范圍內(nèi)。ADC 放大器目標(biāo)共模電壓 V_CM(ADC) 通常選擇為 ADC 的 1/2 Vs (AVDD/2)，但這并不是必需的。放大器共模范圍隨元件不同而變化，并根據(jù)增益設(shè)置和電源電壓在數(shù)據(jù)表中進(jìn)行定義。

可以按照方程式 53 和方程式 54，使用 V_CM(ADC) 和所選的電橋激勵電壓 V_EXCITATION 來確定非對稱激勵電壓 V_EXCITATION+ 和 V_EXCITATION-：

計算 V_EXCITATION+ 和 V_EXCITATION- 后，選擇系統(tǒng)基準(zhǔn)源。當(dāng)選擇分立式電壓基準(zhǔn)時，要確保該元件是高精度、低漂移元件，以實現(xiàn)優(yōu)異性能。要在 V_EXCITATION 和 V_REF 之間保持偽比例關(guān)系，請選擇一個電阻分壓器或差分放大器來衰減電橋激勵電壓。電阻分壓器方法更常用，在圖 6-5 中顯示為三個串聯(lián)電阻器。在中間元件 R_REF 兩端建立基準(zhǔn)電壓 V_REF。方程式 55 和方程式 56 使用 V_REF、之前確定的 V_EXCITATION± 值以及圖 6-5 中 REFN 引腳上的電壓 (V_REFN) 來確定 R_TOP 和 R_BOTTOM 與 R_REF 的比率：

例如，請考慮具有以下限制條件的系統(tǒng)：

• V_EXCITATION = 15V
• V_CM(ADC) = V_REF = 2.5V
• R_REF = 4.7k?
• V_REFN = 1.25V

使用方程式 53 至方程式 56 來計算其余的系統(tǒng)參數(shù)：

• V_EXCITATION+ = 10V
• V_EXCITATION- = –5V
• R_{RATIO (TOP / REF)} = 2.5
• R_{RATIO (BOTTOM / REF)} = 2.5

因此，此特定系統(tǒng)的 R_TOP = R_BOTTOM = 11.8k?。圖 6-6 顯示了本例中使用的各個電壓值（以藍(lán)色表示）和電阻值（以紅色表示）。

圖 6-6 示例電阻值和電壓值

請注意，方程式 55 和方程式 56 中有一些隱含的限制條件，包括 V_EXCITATION+ > V_REFN > V_EXCITATION-、V_EXCITATION+ > V_EXCITATION- 和 V_EXCITATION > V_REF。不符合這些限制條件會產(chǎn)生無意義的結(jié)果，例如負(fù)的電阻值。最后，要檢查確保每個公式的結(jié)果符合所有的最終設(shè)計要求，并且有物理意義。

在施加到 ADC 的最大絕對電壓和差分基準(zhǔn)電壓附近留出余量也很重要。許多系統(tǒng)尋求通過盡可能提高 V_REF 來提高 ADC 的動態(tài)范圍。但激勵電壓和電阻器阻抗的變化可能會將 V_REF 提高到超過 ADC 的工作范圍，該范圍通常不能超過 V_REFN 上的 AVSS 和 V_REFP 上的 AVDD。在這些條件下，請考慮小幅降低 R_REF 阻抗以便留出系統(tǒng)容差。

為基準(zhǔn)路徑選擇高精度 (≤ 0.1%)、低溫度漂移 (≤ 10ppm/°C) 電阻器。將標(biāo)稱電阻值保持在低水平以限制熱噪聲。例如，1k? 的電阻在 25°C 和 1kHz 帶寬下可產(chǎn)生 128nV_RMS 噪聲。這些條件對于保持 V_REF 盡可能接近于與 V_EXCITATION 成比例并盡可能減小測量總體誤差非常重要。此外，根據(jù) ADC 差分基準(zhǔn)輸入的阻抗，可能需要使用緩沖器。緩沖器也可能引入誤差并進(jìn)一步降低 V_IN 和 V_REF 之間的比例關(guān)系。

最后，如果需要校準(zhǔn)，請按照節(jié) 5.5中的說明操作。