單端設計 - ∑-ΔADC應用筆記

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　　式中：

　　VTR是CT和PT變壓器的輸出電壓。

　　RTR是變壓器的等效阻抗。

　　R1、R2構成電阻分壓網(wǎng)絡。

　　RIN是MAX11040的輸入阻抗。

　　R2llRIN是R2和RIN的并聯(lián)阻抗。

　　C3為輸入旁路電容。

　　f是輸入信號頻率。

　　VIN(f)是MAX11040的輸入電壓。

　　可以利用類似方法進行差分輸入設計。

　　為保持高精度電阻分壓比和正確的旁路特性，應選取低溫度系數(shù)、精度為1%甚至更好的金屬薄膜電阻。電容應選取高精度陶瓷電容或薄膜電容。最好選擇信譽較好的供應商購買這些元件，例如Panasonic?、Rohm?、Vishay?、Kemet?和AVX?等。

　　MAX11040EVKIT提供了一個全功能、8通道DAS系統(tǒng)，評估板能夠幫助設計人員加快產(chǎn)品的開發(fā)進程，例如，驗證圖2中所推薦的原理圖方案。

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　　圖3. 基于MAX11040EVKIT的開發(fā)系統(tǒng)框圖，需要兩個精密儀表對測量通道進行適當校準。測量結果可以通過USB發(fā)送到PC機，然后轉換成Excel?文件作進一步處理。

　　函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的±5V信號連接到MAX11040的通道2，而另一函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的±10V信號連接到MAX11040的輸入通道1。電阻分壓網(wǎng)絡R1/R2和R3/R4對±5V或±10V輸入進行相應的調整，使其接近ADC的滿量程范圍(FSR = ±2.2VP-P)。

　　電阻分壓網(wǎng)絡R1和R2的取值以及旁路電容C1和C2的取值如表2所示，均由式1計算得到，接近最佳的輸入動態(tài)范圍(約±2.10VP-P)。該動態(tài)范圍限制在0.05%相當高的精度范圍，非常適合MAX11040。有關精度指標的詳細信息，請參考MAX11040數(shù)據(jù)資料。

　　表2. 圖3中的電阻和旁路電容計算 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列出的計算值均來自式1的計算結果和圖3定義的精確測量。表格頂部給出了式1在標稱輸入電壓下的理論計算結果，選擇標準的分立元件。表2底部給出了演示系統(tǒng)中實際測量的元件值以及測試誤差，同時還給出了用于FSR校準和計算得到的KCAL系數(shù)，計算公式如下：

　　校準系數(shù)KCAL按照式2計算：

　　KCAL = VTRMAX/(VADCMAX - VADC0)(式2)

　　式中：

　　VTRMAX是輸入最大值，分別代表±5V或±10V輸入信號。

　　VADCMAX是測量、處理后的ADC值，MAX11040評估板設置與圖3相同，輸入信號設置為VTRMAX。

　　VADC0是測量、處理后的ADC值，MAX11040評估板設置與圖3相同，輸入信號設置為VIN = 0 (系統(tǒng)零失調測量)。

　　KCAL (本實驗中)是針對特別通道的校準系數(shù)，根據(jù)VADC計算輸入信號VTR。

　　KCAL誤差計算顯示只基于標稱值的KCAL“理論值”可能與基于實際測量值計算的KCAL之間存在1%左右的誤差。

　　所以，只是依靠理論計算還不足以支持實際要求;如果設計中需要達到EU IEC 62053標準要求的0.2%精度，就必須對每個測量通道進行滿量程(FSR)校準。

　　表3所示結果驗證了? FSR輸入信號的測量。利用高精度HP3458A萬用表測量數(shù)據(jù)，利用式2中的校準系數(shù)KCAL得到ADC測量值和計算值。

　　表3. 驗證? FSR輸入信號對應的測量結果 GeneratorGeneratorMAX11040CalculationVerrRequirements

　　Nominal signal (? FSR)VTR_m - signal measured by HP3458AVIN measured by ADCVTR_C = VIN × KCAL(VTR_M - VTR_C) × (100/VTR_C)IEC 62053

　　(VP-P)(VRMS)(VRMS)(VRMS)(%)(%)

　　Channel 1: ±5.0003.48920.742593.490126-0.0265440.2

　　Channel 2: ±2.5001.74710.73071.747384-0.0162650.2

　　表3中的VTR_M表示輸入? FSR信號時的測量值，而VTR_C表示基于MAX11040測量值和KCAL處理、計算得到的數(shù)值。