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南京灼華電氣有限公司
初級(jí)會(huì)員 | 第8年

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EVAL-ADIS2Z模數(shù)轉(zhuǎn)換器有什么特點(diǎn)

時(shí)間:2023/7/17閱讀:235
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傳統(tǒng)上,同步采樣逐次逼近寄存器(SAR) ADC被視為是對(duì)主要由能源客戶提出的提供保護(hù)繼電器應(yīng)用的需求的響應(yīng)。在輸配電網(wǎng)絡(luò)中,保護(hù)繼電器監(jiān)測(cè)電網(wǎng),以盡快對(duì)任何故障情況(過壓或過流)作出反應(yīng),避免造成嚴(yán)重?fù)p壞。

為了監(jiān)測(cè)傳輸?shù)碾娫?,需要同步測(cè)量電流和電壓。電流是通過變壓器(CT)來測(cè)量的,在通過變壓器后,電流減小,提供隔離,并通過負(fù)載電阻轉(zhuǎn)換為電壓。電壓是通過電阻網(wǎng)絡(luò)來測(cè)量的,這是一個(gè)分壓器,它將電壓從kV范圍降至V范圍。ADI公司提供同步采樣ADC來監(jiān)測(cè)電壓和電流,以簡(jiǎn)化雙器件、四器件或八器件的功率計(jì)算。圖1所示的信號(hào)鏈原理圖通常用于測(cè)量單相,多相電力系統(tǒng)的功率需要使用通道數(shù)量更高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS),即8個(gè)通道對(duì)應(yīng)3個(gè)相位和1個(gè)中性相位。


何時(shí)使用外部前端電阻


雖然電阻輸入ADC被設(shè)計(jì)成直接與大多數(shù)傳感器連接,但在某些情況下,可能需要在模擬輸入前面增加外部電阻。例如,如果應(yīng)用需要額外的抗混疊濾波,或需要保護(hù)輸入不受過流故障影響,就可能出現(xiàn)上述這種情況。


抗混疊濾波器

盡管電阻輸入ADC通常提供一個(gè)內(nèi)部抗混疊濾波器,但許多應(yīng)用可能以較低的采樣頻率運(yùn)行,因此,需要較低的轉(zhuǎn)折頻率。一個(gè)常見的要求是:在每個(gè)工頻周期采集256個(gè)樣本,也就是說,對(duì)于50 Hz電網(wǎng)系統(tǒng),采樣頻率(fS)為12.8 kSPS。

采樣頻率如此之低,所以需要在電阻ADC的輸入前面增加一個(gè)外部低通濾波器(LPF),用于抑制高于6.4 kHz的頻率,即奈奎斯特頻率(fS/2)。這可以通過增加一個(gè)一階RC濾波器來實(shí)現(xiàn)。


輸入保護(hù)

在其他應(yīng)用示例中,特別是在保護(hù)繼電器市場(chǎng)中,在故障發(fā)生時(shí),過電流可能會(huì)流入模擬輸入引腳。為免損壞器件,絕對(duì)最大額定值(AMR)指示須將輸入電流限制在10 mA以下。我們建議使用一個(gè)外部串聯(lián)電阻來限制這種潛在的輸入電流。


如果傳感器輸出電壓意外增大到±30 V,輸入箝位保護(hù)電路(可以傳輸高達(dá)±16.5 V的電壓)將開啟并傳輸大量電流,從而損壞該器件。在模擬輸入前面使用一個(gè)1.35 kΩ RFILTER,如此,在過應(yīng)力期間,可以防止高于10 mA的電流流動(dòng);但是,我們建議使用更大的電阻(例如10 kΩ)來防止頻段達(dá)到最大限值。




在任何情況下,必須使用公式2中計(jì)算的大電阻(適用于抗混疊濾波器(AAF)或限流)中的一個(gè)來確保滿足兩種條件。但是,請(qǐng)注意,如果在故障狀態(tài)下模擬輸入信號(hào)的潛在過應(yīng)力低于±21 V,且無需使用外部AAF,則可能無需使用外部電阻。


外部電阻導(dǎo)致的誤差


引入此類外部電阻的缺點(diǎn)是,無論是用于額外濾波,還是用于保護(hù)器件免受大電流的影響,它們都會(huì)影響系統(tǒng)的精度。例如, AD7606經(jīng)過工廠調(diào)試,可以在整個(gè)溫度和電源范圍內(nèi)提供極低的偏置和增益誤差,分別為最大32 LSB1和6 LSB。但是,在增加外部無源器件之后,這些規(guī)格不再有效,因?yàn)橄到y(tǒng)增益誤差(系統(tǒng)將其視為電阻輸入ADC+前面的電阻)會(huì)增大到大于AD7606的增益誤差。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師很關(guān)注這種系統(tǒng)增益誤差,因?yàn)檫@意味著他們必須自己執(zhí)行系統(tǒng)增益校準(zhǔn),才能保證他們的最終產(chǎn)品能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)或最終用戶所要求的目標(biāo)精度。我們可以使用兩種方法執(zhí)行系統(tǒng)增益校準(zhǔn):

  • 在生產(chǎn)中執(zhí)行增益校準(zhǔn),也就是說,生產(chǎn)的每個(gè)系統(tǒng)均需通過校準(zhǔn)程序測(cè)試,存儲(chǔ)校準(zhǔn)系數(shù),然后使用這些系數(shù)來消除增益誤差。這與ADC在IC層面執(zhí)行的操作相似,但是是在系統(tǒng)層面。

  • 對(duì)每個(gè)ADC樣本使用固定的校正因子。因?yàn)橄乱还?jié)給出的分析很詳細(xì)地講解了系統(tǒng)增益誤差,所以數(shù)字主機(jī)控制器會(huì)使用消除系統(tǒng)增益誤差的因子來乘以從ADC中獲取的每個(gè)樣本。后文稱之為后端校準(zhǔn)。


使用第一種解決方案可以實(shí)現(xiàn)出色精度,但需要很長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行出廠測(cè)試,這會(huì)大大增加產(chǎn)品的成本。第二種解決方案雖然更便宜,但不那么精準(zhǔn),因?yàn)樗腔贏DC的典型輸入阻抗,且使用控制器資源,在有些情況下,會(huì)受到限制。有時(shí)候,為了避免這兩種復(fù)雜情況,客戶可能會(huì)選擇使用一個(gè)很大的輸入阻抗,在這種情況下,前端電阻導(dǎo)致的誤差會(huì)降低,使得系統(tǒng)精度隨之提高。通過使用這種方法,問題從系統(tǒng)問題轉(zhuǎn)變?yōu)镮C問題。但是,這可能不是的方法,因?yàn)樵黾虞斎胱杩挂馕吨仨氶_發(fā)新的解決方案,這需要時(shí)間,且會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生新的問題,例如會(huì)因這些更大的片內(nèi)電阻導(dǎo)致更高的噪聲。AD7606B 和 AD7606C 具有片內(nèi)增益校準(zhǔn)功能,可以消除外部電阻導(dǎo)致的系統(tǒng)增益誤差,在不經(jīng)校準(zhǔn)的情況下實(shí)現(xiàn)出色精度,避免增加系統(tǒng)解決方案的成本。


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