HX711 — 24-битный АЦП Avia Semiconductor для весов и тензодатчиков

Выводы

Корпус SOP-16 по чертежу из даташита — ширина 3,9 мм, шаг 1,27 мм, как у SOIC-16.

Питание и стабилизатор

Стабилизатор HX711 — это управляющая часть: силовой транзистор (на опорной схеме — PNP S8550) ставят снаружи, вывод BASE управляет его базой, делитель R1, R2 на VFB задаёт напряжение AVDD = VBG · (R1 + R2) / R2 = 1,25 В · (R1 + R2) / R2. Avia требует, чтобы AVDD было хотя бы на 100 мВ ниже VSUP. От AVDD питается и аналоговая часть HX711, и мост тензодатчика: при выключении микросхемы гаснет и мост, ток всей схемы падает до долей микроампера. Если стабилизатор не нужен, VSUP соединяют с бо́льшим из AVDD и DVDD, VFB — с землёй, BASE оставляют свободным, конденсатор на VBG не нужен.

Наш вывод: раз мост и опорное АЦП питаются от одного AVDD, измерение ратиометрическое — колебания AVDD меняют и сигнал моста, и шкалу АЦП в одинаковой пропорции, поэтому стабильность самого AVDD важна меньше, чем отсутствие шума на нём.

Протокол чтения

1. Пока преобразование не готово, DOUT в единице, PD_SCK держат в нуле.
2. DOUT падает в ноль — код готов. Не раньше чем через 0,1 мкс подают первый импульс PD_SCK.
3. Каждый импульс PD_SCK выдвигает один бит, старшим вперёд; бит готов не позже 0,1 мкс после фронта. Высокий и низкий уровень PD_SCK — от 0,2 мкс, высокий — не дольше 50 мкс.
4. После 24 бит дают 1–3 дополнительных импульса — они выбирают канал и усиление следующего измерения и возвращают DOUT в единицу.

Меньше 25 или больше 27 импульсов за одно преобразование давать нельзя — это нарушает обмен. Код — 24 бита в дополнительном коде: от 800000h до 7FFFFFh; при выходе сигнала за диапазон код «прилипает» к одной из этих границ. После включения, сброса, смены канала или усиления первые верные данные появляются через 400 мс при 10 выборках/с и через 50 мс при 80. Выключение: PD_SCK в единице дольше 60 мкс; при возврате в ноль микросхема продолжает с последними настройками канала и усиления.

Точность и шум

В табл. 2 есть столбцы MIN, TYP и MAX, но для шума, дрейфа, подавления помех и токов даны только типовые значения — гарантированных пределов Avia не приводит. Строку «Input offset drift» производитель указывает в милливольтах, без «на °C» и без условий; наше прочтение — это смещение нуля на входе, а не его температурный дрейф (дрейф дан отдельной строкой в нВ/°C). Наш расчёт для оценки: при шкале ±20 мВ размах входа — 40 мВ, и отношение его к шуму 50 нВ — около 800 000, то есть примерно 19,6 бита эффективной разрядности; из 24 бит младшие четыре-пять — шум. Если это действительно смещение нуля, 0,2 мВ много больше шума, поэтому ноль весов всегда снимают программно (тарировка), а масштаб калибруют грузом известной массы.

Подключение тензодатчика

Тензодатчик с полным мостом подключают четырьмя проводами, как на рис. 1 даташита: питание моста — к AVDD и AGND, сигнальные выходы — к INA+ и INA−. Какой провод датчика за что отвечает, берут из его паспорта. Если вес растёт, а код уменьшается, достаточно поменять местами сигнальные провода или знак в программе. Канал B Avia предлагает использовать для контроля напряжения батареи.

Аналоги

Для мостовых датчиков подходят и универсальные АЦП с усилителем — например, 16-битный ADS1115 с I²C: разрядов у него меньше, зато есть регистры настройки и дифференциальные входы. Классический вариант с отдельными узлами — инструментальный усилитель и обычный АЦП.