本文檔主要側(cè)重于通過工業(yè)傳感器和高性能 ADC 的最佳集成來實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DAS)。高性能 ADC 在其設(shè)計(jì)中采用 Sigma-Delta 架構(gòu)是可能的。該參考設(shè)計(jì)將探討 Maxim 的 MAX11040K 以及所需的最佳性能所需的正確原理圖和組件。

許多新的高級(jí)工業(yè)應(yīng)用需要高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DAS) 和多個(gè)傳感器之間的接口。當(dāng)該接口需要多通道高精度幅度和相位信息時(shí)，這些工業(yè)應(yīng)用可以利用MAX11040K等極高動(dòng)態(tài)范圍、同步采樣、多通道ADC。

高速 Sigma-Delta 架構(gòu)的優(yōu)勢

以圖 1 所示的高級(jí)三相電力線監(jiān)控/測量系統(tǒng)為例。這些工業(yè)應(yīng)用需要在高達(dá) 117dB 的寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行精確的同步多通道測量采樣率高達(dá) 64ksps。為了優(yōu)化系統(tǒng)精度，來自傳感器（例如圖 1 中的 CT 和 PT 變壓器）的信號(hào)應(yīng)適當(dāng)“調(diào)節(jié)”以滿足 ADC 輸入范圍，并確保 DAS 特性能夠?qū)崿F(xiàn)符合國際標(biāo)準(zhǔn)的測量。

圖 1 說明了兩個(gè) MAX11040K ADC 可以同時(shí)測量三相和零線電壓以及電流。ADC 基于 sigma-delta 架構(gòu)，該架構(gòu)使用過采樣/平均過程來實(shí)現(xiàn)高分辨率。每個(gè) ADC 通道使用專用的開關(guān)電容器 Sigma-Delta 調(diào)制器對(duì)其輸入執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。調(diào)制器將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為低分辨率數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其平均值表示 24.576MHz 時(shí)鐘下 3.072Msps 的數(shù)字化信號(hào)信息。然后將此數(shù)據(jù)流呈現(xiàn)給內(nèi)部數(shù)字濾波器進(jìn)行處理以去除任何高頻噪聲。這些操作的結(jié)果是一個(gè)高分辨率的 24 位輸出數(shù)據(jù)流。

MAX11040K 還是一款 4 通道同步采樣 ADC，其輸出數(shù)據(jù)代表處理后的平均值。不能像逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 那樣將這些值視為“瞬時(shí)”值。

電力線應(yīng)用中

的ADC 性能要求 此應(yīng)用中 CT（電流）和 PT（電壓）傳感器變壓器的輸出通常為 ±10V 或 ±5V 峰峰值 (VP-P)。MAX11040K 的 ±2.2VP-P 輸入范圍低于 CT 和 PT 變壓器的這些典型輸出。然而，有一種簡單且經(jīng)濟(jì)高效的方法可以用 MAX11040K 的較低輸入范圍來適應(yīng)變壓器的 ±5V 或 ±10V 范圍。如圖 2 所示。

連接到通道 1 的電路代表單端設(shè)計(jì)。在這種配置中，變壓器的一側(cè)接地，信號(hào)調(diào)節(jié)由一個(gè)簡單的電阻分壓器和電容器實(shí)現(xiàn)。

如果共模噪聲（兩個(gè) ADC 輸入的噪聲相同）是一個(gè)嚴(yán)重問題，則建議采用連接到通道 4 的電路所示的差分設(shè)計(jì)。通過在該設(shè)計(jì)中利用 MAX11040K 的真正差分輸入，噪音影響減少。

結(jié)論

使用Maxim 的MAX11040K ADC 可以實(shí)現(xiàn)高性能的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，該ADC 在其系統(tǒng)中采用sigma-delta 架構(gòu)。這將非常適用于高度需要適當(dāng)信號(hào)調(diào)節(jié)的“智能”電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。

編輯：hfy