設(shè)計(jì)電阻橋式傳感器與5V單電源供電的ADC之間的接口是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。有些應(yīng)用需要輸出電壓在0V到滿量程電壓（如4.096V）之間以高精度波動(dòng)。對大多數(shù)單電源儀表放大器，當(dāng)輸出信號(hào)接近0V、接近單電源低輸出擺幅限制時(shí)，會(huì)出現(xiàn)問題。一個(gè)好的單電源儀表放大器可在接近于單電源地電壓的范圍內(nèi)擺動(dòng),即使有真正的滿擺幅輸出，也不能達(dá)到地電壓。
在本應(yīng)用中，傳感器是一個(gè)精密的力敏元件，其額定負(fù)載為5kg，即約11磅。在鋁盤上測重大約為150g的物體，即大約5盎司。由于鋁盤自重，即使沒有任何物體稱重，儀表放大器的輸出信號(hào)也不能低到0V。現(xiàn)在，問題是如何補(bǔ)償儀表放大器的輸出偏移電壓和鋁盤本身產(chǎn)生的電壓。
軟件彌補(bǔ)系統(tǒng)偏移是最簡單的方法。在加電期間，鋁盤上沒有稱重物體，系統(tǒng)可以獲取偏移電壓，并將數(shù)據(jù)記錄在微控制器內(nèi)存中。隨后，當(dāng)有物體稱重時(shí)，從獲得的數(shù)據(jù)中減去它即可。但是，這種做法不能達(dá)到天平的5kg滿量程，僅能達(dá)到4.85kg。
本設(shè)計(jì)實(shí)例說明如何利用微控制器實(shí)現(xiàn)硬件補(bǔ)償。當(dāng)加電后，運(yùn)行軟件程序復(fù)位系統(tǒng)偏移。解決方案如圖1所示，基于四個(gè)來自Linear Technology公司IC的簡
雙通道DAC（IC4）的DAC_A輸出在儀表放大器參考引腳處提供200mV的參考電壓，以避免放大器本身地飽和，但傳輸特性不是線性關(guān)系。放大器最壞情況下輸出偏移是：VREF+VPAN±VOFFSET=200mV+125mV±500×150mV=325mV±75mV=250mV/400mV，這里VPAN=125mV，是鋁盤自重產(chǎn)生的電壓值。
因此系統(tǒng)輸出偏移是250mV到400mV。加電后，微控制器運(yùn)行一個(gè)程序設(shè)置DAC_A輸出為200mV，同時(shí)，增加雙通道DAC（IC4）的DAC_B輸出直到等于ADC（IC3）管腳2上的系統(tǒng)偏移，轉(zhuǎn)換結(jié)果就是000h。這一結(jié)果是可能的，因?yàn)镮C4包含兩個(gè)12位2.5V滿量程電壓的DAC，最低有效位（LSB）等于0.61mV，小于分辨率為1mV的IC3。這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于該天平的分辨率：5000g/4096=1.22g。當(dāng)最大負(fù)載5kg時(shí)，儀表放大器的最大輸出電壓是4.096V + VOUT_TOTAL_OFFSET_INA =? 4.346V/4.496V，低于4.62V高飽和狀態(tài)下溫度的最壞情況。
IC3有一個(gè)單極差分輸入，所以可以從+IN輸入電壓中減去一個(gè)恒定電壓值等于IC4的DAC_B提供的系統(tǒng)偏移。在第一個(gè)半時(shí)鐘周期內(nèi)，ADC采樣和保持正向輸入電壓。這階段結(jié)束，或在采集時(shí)間內(nèi)，輸入電容切換到負(fù)輸入并開始轉(zhuǎn)換。在IC3輸入端的RC輸入濾波器的時(shí)間常數(shù)為0.5ms，允許正負(fù)輸入電壓采用最高為200kHz時(shí)鐘頻率在轉(zhuǎn)換時(shí)間的第一時(shí)鐘周期內(nèi)達(dá)到12位精度。如果想增加時(shí)間常數(shù)，必須采用較低時(shí)鐘頻率。
此外，DAC和ADC有一個(gè)三線串行接口，可方便地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶罡卟蓸勇蕿?2.5kS/s的寬范圍微控制器。當(dāng)ADC處于沒有轉(zhuǎn)換的時(shí)候，它會(huì)自動(dòng)把功率降至1nA的電源電流，而且如果微控制器通過其引腳3來關(guān)閉IC1，電路限制電源電流在最壞情況下僅為1mA，因?yàn)樗械腎C集成電路都是微功耗的