深入解析AD7796/AD7797：高精度桥传感器的理想之选

在电子工程师的日常工作中，高精度模拟前端的选择对于实现精确测量至关重要。今天，我们就来深入探讨一下Analog Devices推出的AD7796/AD7797，这两款专为高精度桥传感器应用设计的低功耗16/24位Σ-Δ ADC。

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产品概述

AD7796/AD7797是完整的模拟前端，适用于如称重秤等高精度桥传感器应用。AD7796可实现16位分辨率，AD7797则能达到24位分辨率。其片上仪表放大器固定增益为128，能让来自桥传感器的小幅度信号直接与ADC接口。此外，每个器件都有一个差分输入，并包含一个内部连接到ADC的温度传感器，可用于桥的温度补偿。

关键特性

电气性能卓越

• 低噪声：RMS噪声低至65 nV，能有效减少信号干扰，确保测量的高精度。
• 低功耗：正常工作电流典型值为250 µA，电源关断模式下仅为1 µA，非常适合对功耗要求较高的便携式设备。
• 宽电源范围：电源电压范围为2.7 V至5.25 V，可适应不同的电源环境。

功能丰富实用

• 集成仪表放大器：固定增益128，方便处理小幅度信号。
• 温度传感器：可进行温度补偿，提高测量的准确性。
• 内部时钟振荡器：也可选择外部时钟，使用灵活。
• 50 Hz/60 Hz同时抑制：有效减少电源频率干扰。
• 更新率可编程：范围从4.17 Hz到123 Hz，能满足不同应用的需求。

接口灵活多样

采用3线串行接口，与SPI、QSPI™、MICROWIRE和DSP兼容，SCLK上有施密特触发器，使得接口更适合光隔离应用。

技术参数剖析

精度与噪声

从数据手册的表格可以看出，不同更新率下的RMS噪声和有效分辨率有所不同。以使用2.5 V参考电压为例，在更新率为4.17 Hz时，AD7796的RMS噪声为0.065 µV，有效分辨率为16位；AD7797的RMS噪声同样为0.065 µV，有效分辨率可达19位。这些数据表明，更新率越低，噪声越小，分辨率越高。

时钟特性

内部时钟频率为64 ± 3% kHz，占空比为50:50%；外部时钟频率为64 kHz，占空比在45:55到55:45之间。用户可以根据实际需求选择合适的时钟源。

芯片内部寄存器

ADC通过多个片上寄存器进行控制和配置，每个寄存器都有特定的功能：

• 通信寄存器：8位只写寄存器，用于确定后续操作是读还是写，并选择操作的寄存器。
• 状态寄存器：8位只读寄存器，可获取ADC的状态信息，如RDY（数据准备好）和ERR（错误）位。
• 模式寄存器：16位读写寄存器，用于选择工作模式、更新率和时钟源。
• 配置寄存器：16位读写寄存器，可配置ADC为单极或双极模式，启用或禁用 burnout电流，并选择模拟输入通道。
• 数据寄存器：只读寄存器，存储ADC的转换结果。
• ID寄存器：只读寄存器，存储AD7796/AD7797的识别号。
• 偏移寄存器和满量程寄存器：分别存储偏移校准系数和满量程校准系数，读写操作需在特定模式下进行。

电路设计要点

模拟输入通道

AD7796/AD7797具有一个差分模拟输入通道，输入可耐受较大的源阻抗，适合直接连接外部电阻式传感器。但要注意输入电压范围和共模电压的设置，避免超出限制导致线性度和噪声性能下降。

参考电压

参考输入为无缓冲的，因此过大的R-C源阻抗会引入增益误差。推荐使用低噪声的参考电压源，如ADR381和ADR391。同时，要注意参考输入的动态负载特性，避免使用电阻/电容组合引入直流增益误差。

接地与布局

合理的接地和布局对于减少噪声干扰至关重要。PCB设计应将模拟和数字部分分开，采用最小蚀刻技术设计接地平面。GND引脚应连接到系统的AGND平面，注意电流路径和信号交叉问题。此外，要做好电源去耦，AVDD和DVDD应分别用10 µF钽电容和0.1 µF陶瓷电容并联去耦。

应用案例：称重秤

在称重秤应用中，AD7796/AD7797表现出色。负载细胞以桥式网络排列，提供差分输出电压。假设激励电压为5 V，传感器灵敏度为2 mV/V，则满量程输出范围为10 mV。可使用桥的激励电压直接为ADC提供参考，实现比例测量，从而消除激励电压变化对测量的影响。同时，片上温度传感器可用于桥的温度补偿，提高测量的准确性。

总结

AD7796/AD7797以其高精度、低功耗、丰富的功能和灵活的接口，成为高精度桥传感器应用的理想选择。在实际设计中，我们需要充分考虑其技术参数和电路设计要点，合理配置寄存器，做好接地和布局，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题，又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享。