傳感器測量通常是將感興趣的物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為電子電路參數(shù),如電阻電容和電感器,然后再用橋電路進行讀取。橋電路再產(chǎn)生與溫度和電源電壓成比例關系的輸出電壓或電流信號,從而使測量系統(tǒng)免受溫度和電源電壓等因素變化的影響。傳感器例子包括:用于溫度檢測的熱敏電阻、用于壓力檢測的電阻/電容應變儀、 用于方向/位置檢測的磁阻傳感器。
直接可以產(chǎn)生信號電壓或電流的傳感器不需要用橋電路來轉(zhuǎn)換物理參數(shù)。這種傳感器例子有熱電偶、基于ECG的醫(yī)療儀器以及電源監(jiān)測電路中測量電壓的電流檢測電阻等。
目前的傳感器應用范圍廣,從消費類電子(溫度計、壓力計、GPS系統(tǒng)等)到汽車電子(燃油傳感器、爆震傳感器、剎車線路傳感器和車窗防夾控制等),工業(yè)和醫(yī)療儀器(閥位置檢測、基于溫度的系統(tǒng)校準和心電圖儀等)。這些工作環(huán)境充滿了EMI噪聲、電源諧波、地環(huán)路電流和ESD脈沖,而待提取的目標信號卻相對很小。
因此,模擬傳感器接口變得非常重要,必須在抵消這些環(huán)境效應的同時遵守嚴格的規(guī)范要求。為實現(xiàn)成功商用,傳感器必須具有低成本、小體積以及低電流(針對電池供電的測量設備)特性。
系統(tǒng)設計師喜歡將模擬鏈路設計得盡可能短,希望以此來提高信號抗外部噪聲的能力(數(shù)字電路通常對噪聲不敏感)。過長的模擬鏈要求在后續(xù)電路中使用特定的信號處理電路。
例如一級電路提供差分增益,但沒有共模抑制;另一級電路提供共模抑制,但沒有差分增益。雙路電源和高電壓軌還有助于減輕對模擬電路的信噪比要求。對更短模擬鏈以及單電源、低電壓、模擬電壓軌的要求迫使人們開發(fā)創(chuàng)新的架構(gòu)來滿足這些挑戰(zhàn)。
因此,在系統(tǒng)設計之初就要作出的一個決策是模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和傳感器之間是否直接連接。這種直接連接在某些應用場合具有很大的優(yōu)勢。
例如,高阻比例橋可以采用許多ADC中包含的基本內(nèi)部參考,而且一些現(xiàn)代ADC包含有高阻緩沖器或PGA,它們可以用來隔離傳感器信號與加載信號及ADC采樣電路引起的電流脈沖信號。