AD7656的原理介绍及在继电保护产品中的应用

接设计上,由于DVCC会引来一些数字噪声给AVCC,影响AD7656的采样性能。所以在AVCC和DVCC之间需要放置一个儿欧姆的小电阻或是一个小磁珠。加入小电阻或是磁珠后,在DVCC产生噪声的频点上,小电阻或是磁珠可以看成是高阻状态,能够使正常的信号通过并滤除噪声。

3.3 AD7656基准设计

AD7656具有10ppm的内部基准,对于一般的单芯片可以满足设计需要。但是在多芯片产品设计中,由于不同芯片内部的基准提供的初始精度不同,所以温度系数也会不同,为了得到更高的性能和可靠性,需要一个稳定可靠的基准。ADR421具有2.5V输入、lppm／℃的温度系数、初始精度可以达到0.04％,是一款在电力继电保护系统中成功应用的电压基准芯片。ADI最新推出了同ADR421管脚完伞兼容的ADR441产品,其具有1ppm／℃的温度系数,0.04％的初始精度,而且仅仅1.21μV的p-p噪声性能,也是十分适合电力继电保护产品应用的电压基准芯片。

3.4 AD7656的接地设计

3.4.1 单片AD7656接地方式

AD7656在单芯片设计时,接地需要采用系统单点接地方式。AD7656的AGND和DGND分别作为模拟电路和数字电路的平面地来处理。在AD7656的芯片下面进行接地处理。此时,AVCC和DVCC的电源采用不同的电源电路设计,如图5所示。

3.4.2 多片AD7656接地方式

对于继电保护产品需要采用多片AD7656使用的系统,其接地方式和单片系统有很大差别。多片系统设计上把AD7656的AGND和DGND作为统一的模拟地平面处理,而把同AD7656接口的CPU处理器的电源地作为数字地平面处理,采用系统单点接地方式时,需要在同多片AD7656距离接近的地方作为接地点。同时应注意,ACND和DGND是单独通过各自的过孔连接到模拟地平面的,如图6所示。

3.5 AD7656系统的电容设计

AD7656在转换过程中,对于电容的要求比较严格,主要原因是模数转换器在转换过程中需要足够的电能量保证其完整正确地把模拟信号转换成为数字信号。由于AD7656有6个独立通道的ADC,所以6个通道同步转换的过程中,需要较多的瞬态电流从AVCC流入AD,因此需要较多的能量保证AVCC的电源电压的供给,所以在设计上需要配置足够的电容。不恰当的电容设计和电路板设计会对电路的整体性能造成很大的影响。通过实际的测试和试验,推荐以下几种设计方案。

3.5.1 方案一

图7是推荐的可以得到最好性能的电容设计。主要的设计要求包括：

(1) VDD,VSS,Vdrive,DVCC,REFCAPA,REFCAPB,REFCAPC,REFIN／OUT管脚都需要一个100nF和10μF的去耦电容;

(2) 每个AVCC管脚需要配置一个100nF和一个10μF的去耦电容;

(3) 在AVCC的板级输人端加入一个推荐为22μF以上的去耦电容;

(4) 设计单独的AVCC电源平面。

3.5.2 方案二

通过一些试验证明,方案一对于设计电路板的排布是一个十分艰巨的任务,为了减少对于板级面积的压力,设计了方案二。其基本可以达到方案一的效果,电路与方案一类似,设计差别为：

(1) 每个AVCC管脚需要配置一个10μF的去耦电容;

(2) 每个AVCC管脚需要单独通过过孔连接到AVCC电源平面。

3.5.3 方案三

方案三是更加简洁的设计方案,是在方案一基础上建立的,具体差别为：

(1) 把6个ADC的AVCC电源管脚分成3组,每组放置一个100μF的去耦电容;

(2) 不需要较大的去耦电容放置在板级AVCC输入端。

3.6 其他设计注意事项

3.6.1 复位问题

用AD7656进行产品设计的时候,要注意到一点：无论采取硬件模式或软件模式,在AD7656上电后必须对其进行复位,复位脉冲一般在100ns以上。

3.6.2 Vdrive连接问题

Vdrive管脚主要用于控制总线上的电压信号,一般与所用I／O总线的电压一致,所以可以提供3.3V或是5V。

3.6.3 总线缓冲问题

在设计中建议加入一级缓冲,主要为了防止由于数字噪声耦合到电源对A／D转换产生影响,推荐设计使用ADI公司的ADG3308。ADG3308是一款ADI公司最新推出的用于总线电平转换和隔离的芯片,能在1.2V～5.5V的电源系统中以40Mbps的速率传输数据。与其他解决方案不同,ADG3308不需要用DIR引脚选择数据传输的方向,它接受该器件中每一个具体通道执行的自动检测,从而允许同时读和写信号,设计上简单方便。

总之,AD7656作为6通道、同步采样的16bit AD转换器产品,是专为针对电力继电保护和电机控制设计量身定做的一款产品,同时也适用于电力故障录波、负控终端等产品的设计和应用。