ADC在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用

輸入濾波電路的要求

輸入濾波器件采用差分輸入結(jié)構(gòu)，通常不需要輸入緩沖放大器。如MAX11046系列產(chǎn)品具有極高的輸入阻抗，可以直接與低阻傳感器連接。例如，CT和PT測(cè)量變壓器阻抗相對(duì)較低(10Ω~50Ω)，因此，可以直接通過簡(jiǎn)單的低通濾波器連接到MAX11046輸入級(jí)，如圖3所示。

圖3 MAX11046系列器件輸入電路

為了保持DAS的精度，選擇正確的RSOURCE和CEXTERNAL非常關(guān)鍵。RSOURCE電阻必須為金屬膜電阻，精度為1%或更高精度，還應(yīng)具有較低的溫度系數(shù)。建議選擇一些知名廠商如ROHM或Vishay提供的組件。

為了達(dá)到最佳效果，CEXTERNAL電容應(yīng)選擇陶瓷電容。這些電容能夠在較寬的溫度和電壓范圍內(nèi)保持其標(biāo)稱值，Kemet或Samsung等公司可提供這類高性價(jià)比的SMT器件。

ADC基準(zhǔn)選擇

ADC基準(zhǔn)的選擇對(duì)于整個(gè)DAS的性能非常重要，并且與ADC的分辨率和精度要求密切相關(guān)。在整個(gè)溫度范圍內(nèi)保持合理的溫漂和初始精度非常關(guān)鍵。以MAX11046為例，1 LSB=62.5µV。MAX11046內(nèi)部基準(zhǔn)的溫漂為±10ppm/℃。在50℃整個(gè)溫度范圍內(nèi)，基準(zhǔn)漂移可達(dá)±500ppm或±2.048mV(±33LSB)。在對(duì)溫漂要求比較嚴(yán)格的應(yīng)用中，最好使用外部低溫漂基準(zhǔn)，如MAX6341(1ppm/℃)。使用外部基準(zhǔn)時(shí)，MAX11046的基準(zhǔn)輸入電流僅為±10µA。串聯(lián)型基準(zhǔn)的輸出電流可達(dá)10mA，因此，單個(gè)基準(zhǔn)器件可以為多個(gè)高性能ADC提供參考，從而消除不同器件之間的基準(zhǔn)差異。

PCB設(shè)計(jì)和布板考慮

采用低通濾波器進(jìn)行噪聲抑制

在任何時(shí)候電力線上都會(huì)存在相當(dāng)客觀的噪聲/干擾。噪聲主要來自線纜/傳輸系統(tǒng)，是電容/電感將外部噪聲源耦合到了電力線上。噪聲和干擾還與電力線的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。如圖1所示，每個(gè)CT和PT隔離/測(cè)量變壓器的工作頻率為50Hz/60Hz。實(shí)際上，這些變壓器具有很寬(100kHz)的帶寬，僅對(duì)100kHz或更高頻率的信號(hào)提供衰減/濾波。

另外一個(gè)重要的噪聲/干擾源來自PCB上DAS系統(tǒng)的電子組件。這些組件包括CPU和電源子系統(tǒng)，特別是在使用開關(guān)電源的情況下。這意味著ADC的每個(gè)輸入通道都需要一個(gè)抗混疊濾波器和噪聲抑制低通濾波器。濾波組件應(yīng)該盡可能靠近ADC輸入放置。

利用接地和屏蔽措施保持信號(hào)完整性

從連接器到ADC輸入承載信號(hào)的PCB引線會(huì)受噪聲、干擾以及通道間串?dāng)_的影響，對(duì)這些模擬信號(hào)線采取特殊的接地和信號(hào)屏蔽措施將直接影響輸入信號(hào)的完整性。圖4給出了一個(gè)保護(hù)模擬信號(hào)的PCB布線示例。

圖4 從連接器到MAX11046模擬輸入的路徑

注意，MAX11046具有極高的通道間隔離度，為了獲得高隔離度，采用了共面微帶線結(jié)構(gòu)。

PCB布線通用規(guī)則

在多通道、同時(shí)采樣DAS應(yīng)用中，為了獲得最佳性能，需要遵循幾項(xiàng)重要的PCB布線規(guī)則：

• 使用有地層的PCB板。

• 確保模擬、數(shù)字線路相互分離。

• 不要將數(shù)字信號(hào)線和模擬信號(hào)線并行布線。

• 避免在ADC封裝的下方鋪設(shè)數(shù)字信號(hào)線。

• 采用獨(dú)立的地層，數(shù)字信號(hào)分布在一側(cè)，模擬信號(hào)分布在另一側(cè)。

• 保持電源的地回路具有較低阻抗并保持盡可能短的引線，以便達(dá)到無噪聲工作。