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Sigma-Delta ADC 的信号调节

出处:维库电子市场网 发布于:2023-10-10 16:42:53 | 465 次阅读

  简介
  本文档主要关注通过工业和高性能 ADC 的最佳集成来实现高性能数据采集系统 (DAS)。高性能 ADC 的设计中采用了 Σ-Δ 架构。该参考设计将探索 Maxim 的 MAX11040K 以及实现所需最大性能所需的正确原理图和组件。
  许多新的先进工业应用需要高性能数据采集系统 (DAS) 和多个传感器之间的接口。当该接口需要多通道高精度幅度和相位信息时,这些工业应用可以利用超高动态范围、同步采样、多通道 ADC,例如 MAX11040K。
  高速 Sigma-Delta 架构的优势  以图 1 所示的高级三相电力线监控/测量系统为例。这些工业应用需要在高达 117dB 的宽动态范围内进行精确的同步多通道测量采样率高达 64ksps。为了优化系统精度,应适当“调节”来自传感器(例如图 1 中的 CT 和 PT )的信号,以满足 ADC 输入范围并确保 DAS 特性能够实现符合国际标准的测量。

  
  图 1 说明两个 MAX11040K ADC 可以同时测量三相电压和中性线电压以及电流。ADC 基于 sigma-delta 架构,该架构使用过采样/平均过程来实现高分辨率。每个 ADC 通道均使用专用的 Σ-Δ 调制器对其输入执行模数转换。调制器将输入信号转换为低分辨率数字数据,其平均值代表 24.576MHz 时钟下 3.072Msps 的数字化信号信息。然后,该数据流被提供给内部数字滤波器进行处理,以消除任何高频噪声。这些操作的结果是高分辨率的 24 位输出数据流。
  MAX11040K还是一款4通道同步采样ADC,其输出数据代表处理后的平均值。这些值不能像逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 中那样被视为“瞬时”值。
  电力线应用中的 ADC 性能要求
  该应用中 CT(电流)和 PT(电压)传感器变压器的输出通常为 ±10V 或 ±5V 峰峰值 (VP-P)。MAX11040K的±2.2VP-P输入范围低于CT和PT变压器的典型输出。然而,有一种简单且经济高效的方法可以将变压器的±5V或±10V范围与MAX11040K的较低输入范围相适应。如图 2 所示。

  连接到通道 1 的电路代表单端设计。在此配置中,变压器的一侧接地,信号调节通过一个简单的电阻分压器和电容器来实现。
  如果共模噪声(与两个ADC输入相同的噪声)是一个严重问题,那么建议采用差分设计,如连接到通道4的电路所示。通过在该设计中利用MAX11040K的真正差分输入,噪音影响减少。
  结论
  使用 Maxim 的 MAX11040K ADC(在系统中采用 sigma-delta 架构)可以非常实现高性能的多通道数据采集系统 (DAS)。这非常适用于非常需要适当信号调节的“智能”电网。

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