∑-ΔADC应用笔记
R1、R2组成的电阻分压网络将±10V或±5V输入信号转换成ADC要求的±2.2V满量程范围(FSR)。为确保该电路工作正常,需要优化R1和R2电阻值,以及C1、C2和C3电容的选择,以满足±10V或±5V输入的要求。电阻R1和R2必须有足够高的阻抗,避免CT和PT变压器输出过载。同时,R2阻值还要足够小,以避免影响ADC的输入阻抗(R2 << RIN)。
对于单端设计,图2中MAX11040通道1的输入电压VIN(f),可以利用式1计算:
![](../img/ele/analog-13262qb4rha0ljyd.gif)
式中:
VTR是CT和PT变压器的输出电压。
RTR是变压器的等效阻抗。
R1、R2构成电阻分压网络。
RIN是MAX11040的输入阻抗。
R2llRIN是R2和RIN的并联阻抗。
C3为输入旁路电容。
f是输入信号频率。
VIN(f)是MAX11040的输入电压。
可以利用类似方法进行差分输入设计。
为保持高精度电阻分压比和正确的旁路特性,应选取低温度系数、精度为1%甚至更好的金属薄膜电阻。电容应选取高精度陶瓷电容或薄膜电容。最好选择信誉较好的供应商购买这些元件,例如Panasonic®、Rohm®、Vishay®、Kemet®和AVX®等。
MAX11040EVKIT提供了一个全功能、8通道DAS系统,评估板能够帮助设计人员加快产品的开发进程,例如,验证图2中所推荐的原理图方案。
![](../img/ele/analog-13263jwu4v1ldqha.gif)
图3. 基于MAX11040EVKIT的开发系统框图,需要两个精密仪表对测量通道进行适当校准。测量结果可以通过USB发送到PC机,然后转换成Excel®文件作进一步处理。
函数发生器产生的±5V信号连接到MAX11040的通道2,而另一函数发生器产生的±10V信号连接到MAX11040的输入通道1。电阻分压网络R1/R2和R3/R4对±5V或±10V输入进行相应的调整,使其接近ADC的满量程范围(FSR = ±2.2VP-P)。
电阻分压网络R1和R2的取值以及旁路电容C1和C2的取值如表2所示,均由式1计算得到,接近最佳的输入动态范围(约±2.10VP-P)。该动态范围限制在0.05%相当高的精度范围,非常适合MAX11040。有关精度指标的详细信息,请参考MAX11040数据资料。
表2. 图3中的电阻和旁路电容计算 VTR
±VP-PRTR
(Ω)R1
(Ω)R2
(Ω)RIN
(Ω)C3
(µF)f
(Hz)VIN
±VP-PVADC
(VRMS)Calibration
factor-KCALCalibration
factor error (%)
Calculations for nominal VTR and standard components (nominal) values
105033209091300000.1502.112681.49394.733010.70
550249018201300000.1502.070261.463952.415160.99
Measured values for VTR, VIN, VINRMS with real components values and tolerances used in the experiment
9.86350 ± 10%3320 ± 1%909 ± 1%130000 ± 15%0.1 ± 10%502.098721.4838994.6999120
4.93250 ± 10%2490 ± 1%1820 ± 1%130000 ± 15%0.1 ± 10%502.061511.458332.39140
050 ± 10%2490 ± 1%1820 ± 1%130000 ± 15%0.1 ± 10%5000.00048NANA
表2列出的计算值均来自式1的计算结果和图3定义的精确测量。表格顶部给出了式1在标称输入电压下的理论计算结果,选择标准的分立元件。表2底部给出了演示系统中实际测量的元件值以及测试误差,同时还给出了用于FSR校准和计算得到的KCAL系数,计算公式如下:
校准系数KCAL按照式2计算:
KCAL = VTRMAX/(VADCMAX - VADC0)(式2)
式中:
VTRMAX是输入最大值,分别代表±5V或±10V输入信号。
VADCMAX是测量、处理后的ADC值,MAX11040评估板设置与图3相同,输入信号设置为VTRMAX。
VADC0是测量、处理后的ADC值,MAX11040评估板设置与图3相同,输入信号设置为VIN = 0 (系统零失调测量)。
KCAL (本实验中)是针对特别通道的校准系数,根据VADC计算输入信号VTR。
KCAL误差计算显示只基于标称值的KCAL"理论值"可能与基于实际测量值计算的KCAL之间存在1%左右的误差。
所以,只是依靠理论计算还不足以支持实际要求;如果设计中需要达到EU IEC 62053标准要求的0.2%精度,就必须对每个测量通道进行满量程(FSR)校准。
表3所示结果验证了½ FSR输入信号的测量。利用高精度HP3458A万用表测量数据,利用式2中的校准系数KCAL得到ADC测量值和计算值。
表3. 验证½ FSR输入信号对应的测量结果 GeneratorGeneratorMAX11040CalculationVerrRequirements
Nominal si
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