ADC在数据采集系统中的研究及应用

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1、引言　　电力线监控系统或现代三相电机控制系统这些应用需要在大约70dB~90dB(取决于具体应用)较宽的动态范围内实现精确的多通道同时测量，采样速率通常要求16kbps甚至更高。　　影响DAS的主要噪声和干扰　　工业数据采样系统(DAS)定义了两类噪声/干扰。第一类噪声源于内部电子组件，噪声源包括ADC的转换处理噪声和谐波失真、缓冲放大器的噪声和失真，以及基准噪声等。第二类干扰源于系统外部，包括外部电磁噪声、电源噪声/纹波、I/O口串扰以及数字系统噪声和干扰。图1列出了不同的噪声源。　　　　图1不同噪声源和干扰源对系统分辨率和精度的影响　　电力线DAS信号处理链路包含

2、CT、PT测量变压器、抗混叠低通滤波器(LPF)、缓冲放大器，及同时采样ADC和CPU.同时采样ADC是系统的核心电路，用于测量调整在标准工业输入动态范围(如+5V、±5V或±10V)的电压电流信号。　　表1列出了这些器件的1LSB数值和量化噪声，这些数值按照ADC的位数为设计人员提供了DAS能够容许的总噪声和干扰。　　　　表1对应于ADC分辨率的量化值和量化噪声　　ADC输入的总噪声和纹波应小于1/2LSB,同时，量化噪声决定了系统的基本噪底。东营变频器维修http://www.dybpwx.comhttp://blog.sina.com.cn/dybpwx　　注意

3、：有些设计中，仅1mVRMS的总体噪声即可导致整个设计不达标，因为未经“校准”的整体噪声会导致ADC精度下降。　　选择正确的输入放大器　　基于以上分析，在DAS信号处理链路中，正确选择输入放大器是必要的，有很多器件供选择，MAX130x和MAX132x系列就是可选方案之一。MAX130x和MAX132x系列ADC的输入电路具有相当低的阻抗，如图2所示。相应地，大多数应用中，这些器件需要一个输入缓冲器以便达到12位和14位精度。　　　　图2MAX130x和MAX132x系列ADC的典型输入电路　　为了达到12位至16位精度，选择放大器时需要考虑的关键因素包括：带宽、摆率

4、、VP-P输出、低噪声、低失真和低失调。应保持尽可能低的缓冲放大器噪声，即远远低于ADC的SNR(信噪比)。放大器的整体失调误差包括漂移，在整个温度范围内都应小于所要求的精度误差。每个缓冲放大器应根据具体应用精心选择。对于高精度ADC,不建议使用通用运放。　输入滤波电路的要求　　输入滤波器件采用差分输入结构，通常不需要输入缓冲放大器。如MAX11046系列产品具有极高的输入阻抗，可以直接与低阻传感器连接。例如，CT和PT测量变压器阻抗相对较低(10Ω~50Ω)，因此，可以直接通过简单的低通滤波器连接到MAX11046输入级，如图3所示。　　　　图3MAX11046系列

5、器件输入电路东营变频器维修http://www.dybpwx.comhttp://blog.sina.com.cn/dybpwx　　为了保持DAS的精度，选择正确的RSOURCE和CEXTERNAL非常关键。RSOURCE电阻必须为金属膜电阻，精度为1%或更高精度，还应具有较低的温度系数。建议选择一些知名厂商如ROHM或Vishay提供的组件。　　为了达到最佳效果，CEXTERNAL电容应选择陶瓷电容。这些电容能够在较宽的温度和电压范围内保持其标称值，Kemet或Samsung等公司可提供这类高性价比的SMT器件。　　ADC基准选择　　ADC基准的选择对于整个DAS的

6、性能非常重要，并且与ADC的分辨率和精度要求密切相关。在整个温度范围内保持合理的温漂和初始精度非常关键。以MAX11046为例，1LSB=62.5?V.MAX11046内部基准的温漂为±10ppm/℃。在50℃整个温度范围内，基准漂移可达±500ppm或±2.048mV(±33LSB)。在对温漂要求比较严格的应用中，最好使用外部低温漂基准，如MAX6341(1ppm/℃)。使用外部基准时，MAX11046的基准输入电流仅为±10?A.串联型基准的输出电流可达10mA,因此，单个基准器件可以为多个高性能ADC提供参考，从而消除不同器件之间的基准差异。　　PCB设计和布板

7、考虑　　采用低通滤波器进行噪声抑制　　在任何时候电力线上都会存在相当客观的噪声/干扰。噪声主要来自线缆/传输系统，是电容/电感将外部噪声源耦合到了电力线上。噪声和干扰还与电力线的动态特性有关。如图1所示，每个CT和PT隔离/测量变压器的工作频率为50Hz/60Hz.实际上，这些变压器具有很宽(100kHz)的带宽，仅对100kHz或更高频率的信号提供衰减/滤波。　　另外一个重要的噪声/干扰源来自PCB上DAS系统的电子组件。这些组件包括CPU和电源子系统，特别是在使用开关电源的情况下。这意味着ADC的每个输入通道都需要一个抗混叠滤波器和噪声抑制低通滤