同時(shí)采樣ADC在DAS傳感器信號調理中的應用
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引言
許多高端工業(yè)應用采用了高性能、多通道數據采集系統(DAS)，用于處理高精度工業(yè)傳感器產(chǎn)生的實(shí)際信號，有些復雜系統需要使用高性能、多通道、同時(shí)采樣ADC，例如：MAX11046、MAX1320、MAX1308等。
首先，我們考慮圖1所示一款高端三相電力線(xiàn)監測系統，這類(lèi)工業(yè)應用需要在高達90dB (取決于具體應用)的動(dòng)態(tài)范圍、64ksps典型采樣率的條件下精確地同時(shí)采集多通道數據。為了獲得最高系統精度，必須正確處理來(lái)自傳感器(圖1中的CT、PT變壓器)的信號，以滿(mǎn)足ADC輸入量程的要求，從而保證DAS的性能指標滿(mǎn)足不同國家相關(guān)標準的要求。
圖1. 基于MAX11046、MAX1320、MAX1308的DAS在電網(wǎng)監控中的典型應用
SAR ADC在工業(yè)DAS中的作用
如圖1所示，MAX11046、MAX1320及MAX1308可同時(shí)測量三相及零相電壓和電流，每款ADC均采用逐次逼近寄存器(SAR)架構。從其名稱(chēng)即可看出，SAR ADC采用的是對半查找法則(逐次逼近)。MAX11046、MAX1320和MAX1308均提供高速轉換(8通道的每通道高達250ksps)，支持瞬態(tài)信號監測，并具有靈活的±10V、±5V或0至5V接口。表1列出了部分Maxim的SAR ADC產(chǎn)品的典型特性，如需了解詳細信息，請參考每款型號的數據資料。
表1. 高性能、多通道SAR ADC產(chǎn)品的典型特性
| Part | Channels | Input Range (V) | Resolution (Bits) | Speed (ksps, max) | SINAD (dB) | Input Impedance |
| MAX1304 | 0 to 5 | |||||
| MAX1308 | ±5 | 12 | 456 | 71 | ||
| MAX1312 | ±10 | Medium, (approx 2kΩ) | ||||
| MAX1316 | 8 | 0 to 5 | ||||
| MAX1320 | ±5 | 14 | 250 | 76.5 | ||
| MAX1324 | ±10 | |||||
| MAX11046 | ±5 | 16 | 250 | 91.4 | Very high (in 10s of MΩ); mostly capacitive |
CT、PT (傳感器)變壓器的典型輸出為±10VP-P或±5VP-P。如表1所示，MAX130x和MAX132x系列ADC可支持這些范圍，MAX11046的輸入范圍只適用于±5V的變壓器常用輸入范圍。
MAX130x和MAX132x系列ADC的輸入阻抗較低，在電網(wǎng)監控系統中需要增加輸入緩沖器和低通濾波器(圖2)，以保證12位至14位的精度。
注：如需了解有關(guān)高階、連續時(shí)間低通濾波器的設計信息，請參考應用筆記733：“A Filter Primer”和應用筆記738：“Minimizing Component-Variation Sensitivity in Single Op Amp Filters”。Maxim還提供MAX9943/MAX9944或MAX4493/MAX4494/MAX4495等高精度運算放大器，非常適合這些應用。
圖2. 采用MAX130x和MAX132x系列ADC構建的電力線(xiàn)監控系統板級框圖，圖中需要一個(gè)有源低通濾波器連接CT和PT變壓器。
MAX11046提供可選擇的有源輸入緩沖器/低通濾波器，MAX11046具有非常高的輸入阻抗，可直接連接到特定傳感器(參見(jiàn)表1)。以CT、PT測量變壓器為代表的低阻傳感器(等效阻抗RTRANS在10Ω至100Ω量級)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的RC模擬前端(AFE)直接連接到MAX11046輸入端。如果測量信號頻帶內的50Hz/60Hz混疊噪聲較低，由輸入RC電路構成的低通濾波器即可滿(mǎn)足要求。
圖3給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的高性?xún)r(jià)比解決方案，使得MAX11046能夠支持±5V或±10V輸入范圍。
圖3. MAX11046在典型電網(wǎng)監控應用中的板級框圖，圖中通道1連接±5V變壓器，通道8連接±10V變壓器。
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