惠斯通电桥在电阻式传感器测量中的应用

信号链由放大器、数据转换器、接口、时钟及定时器等多个核心组件构成。其核心目标是通过对实时信息的采集与处理，实现数据获取或系统控制。随着汽车电子、工业和服务器的飞速发展，如何在高噪声、高精度要求的复杂环境下构建稳健的信号链设计，已成为设计工程师面临的核心挑战。

2007年，德州仪器 (TI) 的信号链专家开始在《Electronic Design News (EDN)》杂志上推出了“信号链基础知识”（Signal Chain Basics）系列文章，深入剖析了模拟信号链的工作原理。我们从中选出了10篇文章，穿透复杂的电路图，从基础架构出发，逐步深入，结合当下高性能设计和系统级优化的需求，带您从理论到实战，更全面地掌握信号链设计的要领。

引言

收集力、压力、光、温度、应变和电流等物理现象的信息，对于系统设计是非常有价值的。传感器将物理现象的变化转换为可测量的量（如电压、电流和电阻），这通常需要在数字化之前进行信号调节。

信号调节通常由运算放大器 (op amps)、仪表放大器 (IAs)、可编程增益放大器、差分放大器 (DAs) 和/或应用特定标准产品来完成。数字化则通过独立或集成到微控制器 (MCU) 中的模数转换器 (ADC) 来实现。完成数字化后，MCU（或有时是微处理器）即可快速处理数据并作出响应。

图 1 是该信号链的简化框图。根据具体应用，一些传感器可能可以直接与集成了信号调节功能的 ADCs 连接，如图中虚线箭头所示。

图 1 该简化框图突出了传感应用中的信号链基础

图 1 仅显示了典型信号链的一半；另一半包括数模转换器 (DAC)、额外的信号调节，以及用于完成关闭阀门、发出警报或开启电机等操作的执行器。

传感器选择

尽管需要量化的物理现象种类繁多，但通常每种物理现象都对应多种可选的传感器。例如，温度可以通过热电偶、电阻温度检测器 (RTDs)、热敏电阻或专用集成电路 (ICs) 来测量。传感器的选择标准取决于终端系统在成本、性能和易用性之间的权衡。

传感器通常输出电压、电流或电阻变化。例如，热电偶会根据温度产生电压变化。光电探测器通常会产生与光强度成正比的微小电流。最后，RTDs 和应变计则分别根据温度和力而产生电阻变化。

惠斯通电桥

惠斯通电桥是一种广泛应用的电路配置，可用...