AD7656的原理介紹及在繼電保護產(chǎn)品中的應用
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AD7656是高集成度、6通道、16bit逐次逼近(SAR)型ADC,它具有最大4 LSBS INL和每通道達250kSPS的采樣率,并且在片內包含一個(gè)2.5V內部基準電壓源和基準緩沖器。該器件僅有典型值160mW的功耗,比最接近的同類(lèi)雙極性輸入ADC的功耗降低了60％。
AD7656包含一個(gè)低噪聲、寬帶采樣保持放大器(T／H),以便處理輸入頻率高達8MHz的信號。該AD7656還具有高速并行和串行接口,可以與微處理器(MCU)或數字信號處理器(DSP)連接。AD7656在串行接口方式下,能提供一個(gè)菊花鏈連接方式,以便把多個(gè)ADC連接到一個(gè)串行接口上。
AD7656采用具有ADI專(zhuān)利技術(shù)的iCMOS(工業(yè)CMOS)工藝。iCMOS 工藝是一種高壓半導體工藝與亞微米CMOS(互補金屬氧化物半導體)和互補雙極型工藝相結合的制造上藝。它能開(kāi)發(fā)出承受30V電源電壓的多種高性能模擬IC,并且其小封裝尺寸是任何其他同類(lèi)高電壓IC都未曾達到的。與使用傳統CMOS工藝的模擬IC不同,iCMOS器件能承受高電源電壓,同時(shí)提高性能、顯著(zhù)降低功耗和縮小封裝尺寸。AD7656是使用該種工藝設計制造的產(chǎn)品,所以非常適合在繼電保護、電機控制等工業(yè)領(lǐng)域使用。圖1是AD7656的內部原理框圖。
2 AD7656的工作原理
AD7656足具有獨立的六通道逐次逼近型(SAR)的模數轉換器,轉換處理和數據的精度是通過(guò)CONVST信號和一個(gè)內部晶振控制的。3個(gè)CONVST管腳允許3路ADC對獨立同步采樣。當3個(gè)CONVST管腳連接到一起時(shí),就可以進(jìn)行6個(gè)通道的同步采樣。 AD7656具有高速的并行和串行接口,允許其與Microprocessors和DSP進(jìn)行接口。當使用串行接口模式時(shí),AD7656具有的菊花鏈特性允許多個(gè)ADC和一個(gè)串行接口連接。由于在電力繼電保護產(chǎn)品中以并行接口連接設計為主,所以下面將以并行接口的連接方式介紹其工作原理。
圖2是AD7656在并行接口方式下的工作時(shí)序圖。首先,通過(guò)MCU或DSP控制CONVST管腳啟動(dòng)轉換,并保持該信號為高電平。AD7656啟動(dòng)轉換信號后會(huì )自動(dòng)輸出BUSY信號,BUSY信號下降沿時(shí),代表轉換已經(jīng)全部完成。此時(shí),AD7656內部的6個(gè)寄存器中已經(jīng)保存了轉換的數據,然后通過(guò)控制片選CS和讀RD信號依次順序讀出6個(gè)通道AD轉換值。 讀出AD轉換值后,改變CONVST為低電平信號。注意在設計時(shí),一定要保證AD轉換過(guò)程中CONVST管腳保持高電平。
3 AD7656在電力繼電保護產(chǎn)品中的應用
當前,繼電保護產(chǎn)品在不斷地更新?lián)Q代并改變著(zhù)設計模式。最初由于工藝和芯片等各方面因素的影響,第一代電力繼電保護產(chǎn)品均采用模擬開(kāi)關(guān),配合單通道16bit的ADC設計,例如AD976,AD574等AD轉換器產(chǎn)品;后來(lái)出現了使用16bit的AD7665和14bit的AD7685配合模擬開(kāi)關(guān)的第二代繼電保護產(chǎn)品,AD7665和AD7865在當前很多電力繼電保護產(chǎn)品中仍有非常成功的應用案例;隨著(zhù)技術(shù)的更新和產(chǎn)品工藝的改進(jìn),尤其是其±10V雙極多通道同步輸入等技術(shù)特點(diǎn),使AD7656有望成為電力繼電保護的新一代產(chǎn)品。
3.1 AD7656前端模擬電路設計
AD7656可以支持輸入±10V雙極信號,按照經(jīng)典的設計理論,需要對前端信號進(jìn)行抗混疊濾波。為了滿(mǎn)足16bit精度的要求,前端要選用高精度并且可以處理±10V雙極信號的運算放大器作信號處理和濾波。
3.2 AD7656電源設計
3.2.1 VDD和VSS
在A(yíng)D7656的設計中,VDD和VSS主要作為采樣保持開(kāi)關(guān)工作的電源,圖3是VDD和VSS工作的原理框圖。一般設計時(shí),需要保證大于VINx模擬輸入端的輸入電壓范圍,才能保證AD可靠工作。表1是AD7656在不同條件下需要的最小值。
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