單極激勵(lì)電壓 V_EXCITATION 用作 ADC 電源電壓 (AVDD) 以及 ADC 基準(zhǔn)電壓 V_REF。電橋電阻由于拉伸或壓縮產(chǎn)生的微小變化會(huì)導(dǎo)致每個(gè)電橋的差分輸出電壓發(fā)生變化。與單電橋測(cè)量相比，電橋輸出電壓會(huì)降低，因?yàn)?V_EXCITATION 在電橋 A 和電橋 B 之間進(jìn)行了分配。PGA 集成到 ADC 中，并增益該低電平電橋輸出信號(hào)，從而降低系統(tǒng)噪聲并提高 ADC 滿量程范圍 (FSR) 的利用率。ADC 對(duì)這個(gè)經(jīng)過(guò)放大的電壓進(jìn)行采樣并對(duì)照 V_REF 進(jìn)行轉(zhuǎn)換。此測(cè)量不成比例，因?yàn)殡姌?A 的輸出電壓可能會(huì)根據(jù)電橋 B 的屬性而變化（反之亦然）。即使在施加的負(fù)載沒有變化的情況下也存在這種依賴關(guān)系，導(dǎo)致偽比例基準(zhǔn)配置。假定 ADC 具有多個(gè)差分基準(zhǔn)輸入，可以通過(guò)每個(gè)電橋使用一組專用基準(zhǔn)輸入來(lái)解決這一問題。

使用偽比例基準(zhǔn)和單極低壓 (≤ 5V) 電源測(cè)量多個(gè)串聯(lián)的四線電阻式電橋需要：

• 多個(gè)差分模擬輸入（AINPx 和 AINNx）或 外部多路復(fù)用器
• 外部基準(zhǔn)輸入（專用引腳或 使用模擬電源）
• 低噪聲放大器

在實(shí)施具有多個(gè)串聯(lián)電橋的電路時(shí)，需要使用具有表 6-18 所述類似參數(shù)的傳感器（每個(gè)電橋的參數(shù)應(yīng)相同）。遵循該指南可簡(jiǎn)化每個(gè)電橋共模電壓的確定方式。此外，使用具有不同標(biāo)稱電阻的電橋會(huì)引入增益誤差，并使負(fù)載重量的確定更為困難。假定 ADC 具有多個(gè)差分基準(zhǔn)輸入，可以通過(guò)每個(gè)電橋使用一組專用基準(zhǔn)輸入來(lái)解決后一種困難。

要開始設(shè)計(jì)，請(qǐng)首先使用表 6-19 中的公式計(jì)算在空載條件下 (R1 = R2 = R3 = R4) 的電橋輸出共模電壓 V_{CM(Bridge_A)} 和 V_{CM(Bridge_B)}。例如，如果 R_BRIDGE = 1k? 且 V_EXCITATION = 5V，則方程式 65 和方程式 66 可得到以下結(jié)果：

圖 6-12 展示了 ADC 多路復(fù)用器每個(gè)輸入端的電壓電平以及每個(gè)電壓電平將如何施加到同一個(gè)放大器。

圖 6-12 采用串聯(lián)配置的兩個(gè)電橋的共模電壓

在之前的示例中，其中一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)是特定 ADC 放大器的共模電壓目標(biāo)，與之前的示例不同的是，串聯(lián)電橋組合需要確定 ADC 放大器共模電壓范圍 V_{CM(ADC)_RANGE}。該范圍有助于適應(yīng) V_{CM(Bridge_A)} 和 V_{CM(Bridge_B)} 之間可能較寬的差異，在圖 6-12 中也是如此。如節(jié) 6.3.4所述，用于電橋測(cè)量應(yīng)用的許多 ADC 都有輔助配套資料，可幫助確定一組特定輸入條件下的 ADC 放大器共模范圍。

圖 6-13 展示了一個(gè)示例，說(shuō)明了如何使用 ADS1261 Excel 計(jì)算器中的共模范圍計(jì)算器 來(lái)確定 V_{CM(Bridge_A)} 和 V_{CM(Bridge_B)} 是否處于 ADS1261 中集成的放大器的輸入范圍之內(nèi)。

圖 6-13 使用 ADS1261 VCM 計(jì)算器工具驗(yàn)證系統(tǒng)要求

在圖 6-13 中，VIN_CM = 3.75V，用于檢查 ADC 放大器是否可接受 V_{CM(Bridge_A)}。該工具顯示具有此共模電壓的輸入信號(hào)沒有錯(cuò)誤，表明當(dāng)增益 = 128、AVDD = 5V 且 VIN_DIFF = 10mV 時(shí)，這是一種有效的輸入條件（盡管未顯示，但 VIN_CM = 1.25V 也是一種有效的輸入條件）。此外，該工具顯示，對(duì)于這些特定設(shè)置，V_{CM(ADC)_RANGE} 從 0.45V 擴(kuò)展到 4.54V，表明該 ADC 放大器可以接受 V_{CM(Bridge_A)} 和 V_{CM(Bridge_B)}。

請(qǐng)注意，在本示例中，V_{CM(ADC)_RANGE} 取決于 PGA 增益。因此，必須為每個(gè)電橋選擇 PGA 增益，并確保 V_{CM(Bridge_A)} 和 V_{CM(Bridge_B)} 處于 V_{CM(ADC)_RANGE} 范圍內(nèi)。PGA 增益應(yīng)該是小于 ADC FSR 的最大允許值。在某些情況下，無(wú)法選擇使用整個(gè) ADC FSR 的放大器增益。雖然這通常是分辨率和易用性之間的一種可接受的折衷，但應(yīng)確保在 ADC FSR 無(wú)法最大化的情況下仍然滿足所有系統(tǒng)要求。

接下來(lái)，使用表 6-19 中的公式和表 6-18 中的參數(shù)，確定每個(gè)電橋的最大差分輸出電壓 V_{OUT(Bridge Max)}。該值是電橋在正常運(yùn)行條件下可以提供的最大輸出電壓，并對(duì)應(yīng)于可以施加到電橋的最大負(fù)載 Load_{(Bridge Max)}。如果系統(tǒng)不使用整個(gè)電橋輸出范圍，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(hào)，Load_{(System Max)} 是對(duì)應(yīng)的最大負(fù)載。例如，如果 V_{OUT(Bridge Max)} 對(duì)應(yīng)于 Load_{(Bridge Max)} = 5kg，但系統(tǒng)規(guī)格只要求 Load(System Max) = 2.5kg，則 V_{OUT(System Max)} 由方程式 67 給出：

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

最后，如果需要校準(zhǔn)，請(qǐng)按照節(jié) 5.5中的說(shuō)明操作。請(qǐng)注意，圖 6-11 中的每個(gè)電橋必須單獨(dú)校準(zhǔn)，這需要主處理器計(jì)算并存儲(chǔ)多組校準(zhǔn)系數(shù)。