ADC在數據采集系統中的研究及應用

引言

電力線(xiàn)監控系統或現代三相電機控制系統這些應用需要在大約70dB~90dB(取決于具體應用)較寬的動(dòng)態(tài)范圍內實(shí)現精確的多通道同時(shí)測量，采樣速率通常要求16kbps甚至更高。

影響DAS的主要噪聲和干擾

工業(yè)數據采樣系統(DAS)定義了兩類(lèi)噪聲/干擾。第一類(lèi)噪聲源于內部電子組件，噪聲源包括ADC的轉換處理噪聲和諧波失真、緩沖放大器的噪聲和失真，以及基準噪聲等。第二類(lèi)干擾源于系統外部，包括外部電磁噪聲、電源噪聲/紋波、I/O口串擾以及數字系統噪聲和干擾。圖1列出了不同的噪聲源。

圖1 不同噪聲源和干擾源對系統分辨率和精度的影響

電力線(xiàn)DAS信號處理鏈路包含CT、PT測量變壓器、抗混疊低通濾波器(LPF)、緩沖放大器，及同時(shí)采樣ADC和CPU。同時(shí)采樣ADC是系統的核心電路，用于測量調整在標準工業(yè)輸入動(dòng)態(tài)范圍(如+5V、±5V或±10V)的電壓電流信號。

表1列出了這些器件的1LSB數值和量化噪聲，這些數值按照ADC的位數為設計人員提供了DAS能夠容許的總噪聲和干擾。

表1 對應于A(yíng)DC分辨率的量化值和量化噪聲

ADC輸入的總噪聲和紋波應小于1/2 LSB，同時(shí)，量化噪聲決定了系統的基本噪底。

注意：有些設計中，僅1mVRMS的總體噪聲即可導致整個(gè)設計不達標，因為未經(jīng)“校準”的整體噪聲會(huì )導致ADC精度下降。

選擇正確的輸入放大器

基于以上分析，在DAS信號處理鏈路中，正確選擇輸入放大器是必要的，有很多器件供選擇，MAX130x和MAX132x系列就是可選方案之一。MAX130x和MAX132x系列ADC的輸入電路具有相當低的阻抗，如圖2所示。相應地，大多數應用中，這些器件需要一個(gè)輸入緩沖器以便達到12位和14位精度。

圖2 MAX130x和MAX132x系列ADC的典型輸入電路

為了達到12位至16位精度，選擇放大器時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素包括：帶寬、擺率、VP-P輸出、低噪聲、低失真和低失調。應保持盡可能低的緩沖放大器噪聲，即遠遠低于A(yíng)DC的SNR(信噪比)。放大器的整體失調誤差包括漂移，在整個(gè)溫度范圍內都應小于所要求的精度誤差。每個(gè)緩沖放大器應根據具體應用精心選擇。對于高精度ADC，不建議使用通用運放。