在系统设计领域，收集力、压力、光、温度、应变和电流等物理现象的信息具有极其重要的价值。传感器作为信息采集的关键部件，能够将物理现象的变化转换为可测量的量，如电压、电流和电阻等。但通常在将这些信号数字化之前，需要对其进行信号调节处理。
信号调节一般由运算放大器 (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实现。而数字化过程则通过独立的模数转换器 (ADC) 或者集成到微控制器 (MCU) 中的 ADC 来完成。完成数字化后，MCU（有时也会是微处理器）便可快速对数据进行处理并做出响应。
图 1 是该信号链的简化框图。在实际应用中，根据具体情况，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
不过，图 1 仅仅展示了典型信号链的一半；另一半则包括数模转换器 (DAC)、额外的信号调节，以及用于完成诸如关闭阀门、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丰富多样，但通常针对每种物理现象都存在多种可选的传感器。以温度测量为例，就可以通过热电偶、电阻温度检测器 (RTDs)、热敏电阻或专用集成电路 (ICs) 来实现。传感器的选择标准主要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、电流或电阻的变化。例如，热电偶会依据温度的变化产生相应的电压变化；光电探测器一般会产生与光强度成正比的微小电流；而 RTDs 和应变计则分别会根据温度和力的变化而产生电阻变化。
惠斯通电桥
惠斯通电桥是一种应用广泛的电路配置，主要用于检测电阻的微小变化。因此，它常常与电阻式传感器（如应变计）配合使用。
四电阻惠斯通电桥电路可以看作是两个并联的电阻分压器电路（图 2）。这两个电阻分压器 (Voutp–Voutn) 之间的电位差分信号 (Vout) 与电桥中的不平衡程度成正比。当电桥中的所有电阻值相等时，电桥处于平衡状态，此时 Vout = 0 V。在惠斯通电桥中，用可变电阻传感器代替一个或多个电阻器时，就能够产生与被检测物理量（如力或应变）成正比的差分信号。
图 2 用于直流电压激励的惠斯通电桥电路 由两个并联的电阻分压器电路组成
惠斯通电桥有四种常见配置，分别为四分之一桥（一个电阻式传感器）、半桥（两个电阻式传感器，位于相同或相对的支路）以及全桥（四个电阻式传感器）。此外，还存在其他电桥配置，包括与接地端或电源端串联额外电阻器的形式。
为电桥供电主要有三种方法，即直流电压激励、直流电流激励和交流电压激励。图 2 中的电压电源 (VE) 表示直流电压激励，而图 3 中的电流源 (IE) 表示直流电流激励。
图 3 采用直流电流激励的惠斯通电桥电路
在工业应用中，当电阻传感器距离激励电压较远时，导线上的压降会降低电桥电压，进而降低灵敏度。此时，可以使用运算放大器和额外的电阻器构建反馈控制环路，以补偿导线上的压降，从而设定一个已知的电桥电流（进而确定电桥电压）。
交流电压激励（有时称为斩波）可以帮助抵消电桥中的偏移误差。其原理是周期性地反转电桥两端的电压极性，使由电桥传感器引起的任何偏移误差在前半周期中添加到 VOUT 中，在后半周期中从 VOUT 中减去。对整个周期内的 Vout 取平均值，就可以有效抵消偏移误差。图 4 展示了这种方法。
图 4 采用交流电压激励的惠斯通电桥电路
虽然从理论上来说这种激励方式是可行的，但其实离散实现并不简单。所以，更常见的做法是使用集成了交流激励的 ADCs。
校准是一种相对常见的技术，用于消除与电桥测量相关的误差。校准方案的复杂程度取决于系统的预期精度。单点校准和两点校准为常见，其中单点校准用于消除偏移误差，两点校准则用于校正增益误差。图 5 展示了这一概念。通常校准操作会在软件中执行。
图 5 该图突出了单点校准（上）和 两点校准（下）信号调节
信号调节
将传感器接入上述电桥电路之一后，需要对其产生的微小电压进行放大，这样在数字化时才能获得尽可能高的分辨率或动态范围。电桥电压 Vout 是差分电压，其共模电压通常位于中级电源 (VE/2) 附近。同时，由于电桥具有电阻性，所以建议使用具有高输入阻抗的信号调节电路。
用于信号调节的一个直接选择是 DA，如图 6 所示，因为它可以接收差分信号并输出单端信号。此外，由于其集成且经过修调的电阻器网络，DAs 具有良好的直流共模抑制比。
图 6 带有 DA 的电桥电路
不过，使用 DA 与惠斯通电桥连接也存在主要缺点，即 DAs 具有电阻输入阻抗，通常为数十至数百千欧姆。这种电阻会在电桥的每个桥臂上产生额外的分压，从而造成误差。
另一方面，IAs 具有非常高的输入阻抗 (GHz Ω)，能够接受差分输入并输出单端信号。与增益固定的 DAs 不同，IA 的增益可以通过增益设定电阻 RG 进行调节。
图 7 展示了使用 IA 放大电桥电压的方式。
