同時(shí)采樣ADC在DAS傳感器信號(hào)調(diào)理中的應(yīng)用及分析

引言

許多高端工業(yè)應(yīng)用采用了高性能、多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，用于處理高精度工業(yè)傳感器產(chǎn)生的實(shí)際信號(hào)，有些復(fù)雜系統(tǒng)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監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這類(lèi)工業(yè)應(yīng)用需要在高達(dá)90dB (取決于具體應(yīng)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(shù)據(jù)。為了獲得最高系統(tǒng)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(hào)，以滿(mǎn)足ADC輸入量程的要求，從而保證DAS的性能指標(biāo)滿(mǎn)足不同國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。


圖1. 基于MAX11046、MAX1320、MAX1308的DAS在電網(wǎng)監(jiān)控中的典型應(yīng)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(cè)量三相及零相電壓和電流，每款A(yù)DC均采用逐次逼近寄存器(SAR)架構(gòu)。從其名稱(chēng)即可看出，SAR ADC采用的是對(duì)半查找法則(逐次逼近)。MAX11046、MAX1320和MAX1308均提供高速轉(zhuǎn)換(8通道的每通道高達(dá)250ksps)，支持瞬態(tài)信號(hào)監(jiān)測(cè)，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(xì)信息，請(qǐng)參考每款型號(hào)的數(shù)據(jù)資料。

表1. 高性能、多通道SAR ADC產(chǎn)品的典型特性

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(jiān)控系統(tǒng)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(xù)時(shí)間低通濾波器的設(shè)計(jì)信息，請(qǐng)參考應(yīng)用筆記733：“A Filter Primer”和應(yīng)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(yùn)算放大器，非常適合這些應(yīng)用。


圖2. 采用MAX130x和MAX132x系列ADC構(gòu)建的電力線監(jiān)控系統(tǒng)板級(jí)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(cè)量變壓器為代表的低阻傳感器(等效阻抗RTRANS在10Ω至100Ω量級(jí))，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(cè)量信號(hào)頻帶內(nèi)的50Hz/60Hz混疊噪聲較低，由輸入RC電路構(gòu)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(jiān)控應(yīng)用中的板級(jí)框圖，圖中通道1連接±5V變壓器，通道8連接±10V變壓器。