集成同步解調功能的低功耗LVDT信號調理器

　　調節網(wǎng)絡(luò )元件，直到θREL絕對值低于約±3°;這樣可以改善電路對于LVDT電氣參數變化的靈敏度。

　　ADC選擇和同步

　　選擇AD7192Σ-Δ型ADC，因為該器件支持可配置輸出數據速率，并具有各種不同的數字濾波器輸出選項，從而允許在帶寬和噪聲之間進(jìn)行權衡取舍。主時(shí)鐘輸出功能可輕松實(shí)現ADC采樣時(shí)鐘頻率與ADA2200輸出信號的鎖定。這對于優(yōu)化數字濾波器性能而言是必須的。由LVDT信號確定位置所需的數值是一次激勵時(shí)鐘周期的平均值。因此，當AD7192輸出數據速率設為4.8 kHz時(shí)，即設為一個(gè)激勵時(shí)鐘周期時(shí)，可獲得所需的平均值。如果激勵時(shí)鐘周期和ADC采樣頻率未鎖定，則恢復的位置測量信息中包含錯誤。除以輸出數據速率便可有效求取多個(gè)激勵時(shí)鐘周期的平均值。

　　ADA2200輸出信號哪怕在LVDT核心位置固定的情況下亦含有電能，數值為激勵信號頻率的倍數。還可在頻率域中分析數字濾波器性能。AD7192具有sinc3或sinc4傳遞函數，該傳遞函數在輸出數據速率的倍數處歸零。這些頻率分量是雜散誤差的來(lái)源。通過(guò)將ADC的輸出數據速率設為激勵信號頻率(或激勵頻率的約數)便可抑制輸出雜散。如果激勵時(shí)鐘周期和ADC采樣頻率未鎖定，則雜散將不會(huì )落在傳遞函數的零點(diǎn)。

　　用于性能分析的用戶(hù)軟件

　　該電路支持圖形用戶(hù)界面，可方便地進(jìn)行板上的器件配置，并評估電路性能。該軟件的選項卡可執行電路校準和器件配置，以及顯示噪聲性能、線(xiàn)性度性能和實(shí)時(shí)位置測量。

　　圖2.用戶(hù)軟件屏幕截圖

　　噪聲分析

　　該電路的輸出噪聲是ADC輸出數據速率的函數。表1顯示數字化數據相對于A(yíng)DC采樣速率的有效位數(ENOB)，假設滿(mǎn)量程輸出電壓為2.5 V.該電路的噪聲性能與LVDT核心位置無(wú)關(guān)。

　　表1.噪聲性能與帶寬的關(guān)系

　　如果ADA2200輸出噪聲與頻率無(wú)關(guān)，則預計有效位數將在輸出數據速率每4次折疊下降時(shí)增加一位。ENOB在較低輸出數據速率下的增加放緩是由于輸出驅動(dòng)器的1/f噪聲所導致的;該噪聲在較低的輸出數據速率下成為噪底的主要成分。

　　線(xiàn)性度測試結果

　　首先在±2.0 mm核心位移處執行一次兩點(diǎn)校準即可測量線(xiàn)性度結果。由這兩次測量結果可確定斜率和失調，從而實(shí)現預期直線(xiàn)擬合。然后，在±2.5 mm滿(mǎn)量程范圍內測量核心位移。從預期直線(xiàn)擬合數據中減去測量數據即可確定線(xiàn)性度誤差。

　　圖3.位置線(xiàn)性度誤差與LVDT內核位移的關(guān)系

　　測得的數據顯示電路性能優(yōu)于E-Series LVDT數據手冊中指定的線(xiàn)性度性能。

　　多LVDT同步工作

　　很多應用都會(huì )近距離使用多個(gè)LVDT.若這些LVDT以相似的載波頻率運行，雜散磁耦合可能導致拍頻。產(chǎn)生的拍頻可能會(huì )影響這些條件下的測量精度。為避免這種情況，所有LVDT必須同步工作。

　　通過(guò)讓器件同時(shí)退出復位狀態(tài)，可同步多個(gè)ADA2200器件。ADA2200在RST引腳解除置位之后的第一個(gè)CLKIN上升沿時(shí)退出復位模式。因此，從單一源驅動(dòng)所有ADA2200 CLKIN引腳以及所有RESETB線(xiàn)路便足以確保器件同步工作。避免在CLKIN上升沿附近對RESETB解除置位，以防器件在不同時(shí)鐘沿上復位?？杀O控ADA2200器件的RCLK輸出，確保ADA2200器件正確同步。

　　常見(jiàn)變化

　　在某些系統中，可能需要使用SAR ADC，而非Σ-Δ型轉換器。這些情況下，ADC轉換時(shí)鐘必須與ADA2200更新速率同步。如前所述，ADA2200輸出會(huì )在激勵頻率的倍數處含有雜散。這些雜散可通過(guò)移動(dòng)平均濾波器或級聯(lián)多個(gè)移動(dòng)平均濾波器加以抑制。移動(dòng)平均濾波器易于實(shí)現，且具有出色的時(shí)域特性。若要完全抑制雜散，則移動(dòng)平均樣本大小必須等于8個(gè)樣本的整數倍。

　　圖4顯示了ADA2200連接至AD7091R-2，后者是一個(gè)超低功耗、雙通道、12位SAR ADC.使用一個(gè)雙通道ADC，因而ADA2200的OUTP和OUTN輸出可順序采樣。由于A(yíng)DA2200輸出為分立式時(shí)間樣本，通過(guò)對兩個(gè)順序輸出樣本執行減法操作(即VOUTP - VOUTN)便可實(shí)現差分測量。

　　圖4.采用雙通道SAR ADC進(jìn)行差分采樣

　　SYNCO信號在每個(gè)ADA2200輸出采樣周期內變?yōu)橛行?。SYNCO可用來(lái)中斷微控制器，以便獲取一對ADC樣本(對OUTP和OUTN采樣)。在上述示例中，采樣周期等于激勵時(shí)鐘頻率乘以8(或38.4 kHz);因此，ADC采樣速率為76.8 kSPS.