要想實現精確的電橋測量，需要考慮的一個重要因素是傳感器的電氣特性對 ADC 性能的影響。下表顯示了典型負載單元中使用的電阻式電橋的通用規格表。其中FS表示滿量程。

其中許多特性的誤差是可以校準的，而其他誤差必須添加到總誤差預算中。以下簡要介紹表上中的一些較為重要的電氣特性，因此并不涵蓋所有特性。

電橋靈敏度

電橋靈敏度指的是施加最大負載時每伏激勵電壓 VEXCITATION 的最大預期輸出電壓。典型電橋負載單元的靈敏度為 1mV/V 至 3mV/V，例如表 4-1 中的電橋，其靈敏度為2mV/V。該值表示，VEXCITATION 每增加 1V，電橋輸出將增加2mV。例如，在施加最大負載的情況下，用5V電壓激勵此電橋可產生 10mV 的最大電橋輸出。 這個10mV輸出電壓也是 ADC 測得的最大差分輸入電壓。使用該值可以確定需要多大的增益才能增加測得的輸入信號并提高ADC滿量程范圍的利用率。許多ADC都包含可編程增益放大器來實現上述目的。

電橋電阻

電橋具有不同的標稱電阻值，但120Ω、350Ω 和 1000Ω 最常見。較低的電橋電阻也可能需要很大的電流才能驅動。例如，使用VEXCITATION = 5V 驅動350Ω電橋需要 14.3mA 電流。這可能比測量電路（包括ADC和放大器）消耗的電流大很多。實際上，電橋的功耗可能是系統功耗預算中最大的一部分。此外，這個較大的激勵電流可與激勵路徑中的任何寄生電阻產生相互作用，導致電橋上的實際電壓與ADC測得的基準電壓不匹配。通過使用六線電橋，可以消除此誤差。

輸出共模電壓

通常，當AVDD = VEXCITATION時，所需的電橋輸出共模電壓是ADC電源 AVDD 的 1/2。這是 ADC的理想共模輸入電壓，并可實現最大增益。 有些系統使用大于 AVDD 的 VEXCITATION。如果是這樣，電橋輸出共模電壓可能會與ADC輸入共模范圍不匹配。 例如，為了盡可能提高傳感器輸出而選擇 VEXCITATION= 10V ，會將電橋共模電壓設置為 5V。如果ADC的 AVDD = 5V，則此測量可能非常接近 ADC 輸入范圍限值。此外，用于放大電橋輸出的高增益放大器通常會將共模輸入范圍限制為遠低于AVDD，因此需要替代解決方案。后面的文章中有VEXCITATION> AVDD 時適應電橋配置的電路。

失調電壓

理想電橋輸出應該是在未施加負載的情況下為0V。但實際上電橋在未施加負載的情況下具有非零輸出。此誤差是使負載響應向上或向下平移的失調電壓，如下圖所示。

失調電壓可能有各種來源。制造容差可能導致電橋元件之間的標稱電阻不同。即使在未施加負載的情況下，這也會導致固有的失調電壓誤差，通常會在傳感器數據表中指定。 在傳感器外部，電橋連接中的寄生熱電偶可能會產生隨溫度變化的微小失調電壓。此外，與電橋導線電阻或任何ADC輸入濾波電阻相互作用的ADC輸入偏置電流也可能產生微小的失調電壓。 無論是什么失調電壓源，都可以使用數字方式或其他有源電路方法（例如交流激勵）將失調電壓輕松歸零，從而校準該誤差。

滿量程誤差

滿量程誤差或增益誤差是消除失調電壓后負載條件下的實際和理想電橋測量響應之間的斜率差異。上圖給出了滿量程誤差的一個示例。滿量程誤差的來源包括比例式測量中的導線阻抗或來自 ADC的固有增益誤差。此外，電橋靈敏度容差可能會改變負載與輸出電壓曲線的斜率，并導致誤差。例如，上表中給出的±15%容差可以使典型2mV/V 電橋靈敏度跨越 1.7mV/V 至 2.3mV/V 的范圍。假設 VEXCITATION = 5V，理想的電 橋最大輸出信號為 2mV/V ? 5V = 10mV。但實際電橋最大輸出信號的范圍可能是 8.5mV（負誤差）至 11.5mV（正誤差）。 幸運的是，滿量程誤差是一種測量增益誤差，通常可以對照已知輸入來測試測量系統進行校準。

非線性誤差和遲滯

非線性誤差是指隨著電橋輸出的增加，輸出曲線與預期滿量程直線輸出的偏差。此非線性由電橋電阻式元件的特性所致。例如，電阻式電橋元件超過特定范圍或負載時，可能具有更強的非線性。電橋數據表通常會表征非線性并建議限制最大負載以使非線性保持在較低水平。

與非線性誤差相似，遲滯是隨電橋輸出而變化的小誤差。不過，此誤差可能會不同，具體取決于電橋輸出是提高還是降低。遲滯與非線性誤差加在一起稱為組合誤差。組合誤差是在從空載到最大負載條件（提高和降低）范圍 內相對于直線的最大誤差。下圖以圖形方式顯示了非線性誤差、遲滯和組合誤差。

非線性誤差和遲滯不容易校準。這些誤差可能因裝置的不同而不同，因此校準需要在電橋的整個工作范圍內進行 許多次測量。不過，這些誤差一般比失調電壓和滿量程誤差小得多。另外值得注意的是，ADC可能會導致非線性 誤差，但與電橋非線性誤差相比，該誤差一般可以忽略不計。

漂移

上表中所示的許多參數都是在一個溫度下指定的，該溫度通常為 25°C。漂移誤差指定這些參數如何在某個溫度范圍內變化。一種常見的漂移誤差是失調電壓漂移，指的是電橋初始失調電壓隨溫度的變化。另一種常見的漂移誤差是滿量程漂移，指定電橋輸出斜率如何隨溫度變化。同樣，ADC本身具有影響測量精度的漂移特性。失調電壓和增益漂移誤差通常以%FS/°C 為單位表 示，但也可能使用其他單位。由于非線性或不同的極性，溫度漂移可能很難進行補償。此外，精確校準這些誤差可能需要在整個工作溫度范圍內的不同點進行測量。在設計任何電橋測量系統時，重要的是確定工作溫度范圍并計算漂移可能導致的預期系統誤差。

蠕變和蠕變恢復

蠕變是指在已施加負載但所有其他環境因素不變的情況下電橋輸出的變化。負載單元在負載下經過一段時間后可能會產生變形，從而導致蠕變。蠕變恢復是指在取消負載條件后電橋輸出的變化。這兩種誤差都是在給定時間段內的額定值，可能包含在電橋數據表中。不過，這些誤差與ADC測量本身沒有關系。與某些其他參數類似，蠕變和蠕變恢復是無法進行校準的誤差。產生的影響必須在系統設計的誤差預算之內。

審核編輯：湯梓紅