利用Σ-Δ ADC在工業(yè)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中進行信號調(diào)理
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可以利用類似方法進行差分輸入設(shè)計。
為保持高精度電阻分壓比和正確的旁路特性，應(yīng)選取低溫度系數(shù)、精度為1%甚至更好的金屬薄膜電阻。電容應(yīng)選取高精度陶瓷電容或薄膜電容。最好選擇信譽較好的供應(yīng)商購買這些元件，例如Panasonic®、Rohm®、Vishay®、Kemet®和AVX®等。
MAX11040EVKIT提供了一個全功能、8通道DAS系統(tǒng)，評估板能夠幫助設(shè)計人員加快產(chǎn)品的開發(fā)進程，例如，驗證圖2中所推薦的原理圖方案。
圖3. 基于MAX11040EVKIT的開發(fā)系統(tǒng)框圖，需要兩個精密儀表對測量通道進行適當(dāng)校準(zhǔn)。測量結(jié)果可以通過USB發(fā)送到PC機，然后轉(zhuǎn)換成Excel®文件作進一步處理。
函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的±5V信號連接到MAX11040的通道2，而另一函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的±10V信號連接到MAX11040的輸入通道1。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)R1/R2和R3/R4對±5V或±10V輸入進行相應(yīng)的調(diào)整，使其接近ADC的滿量程范圍(FSR = ±2.2VP-P)。
電阻分壓網(wǎng)絡(luò)R1和R2的取值以及旁路電容C1和C2的取值如表2所示，均由式1計算得到，接近最佳的輸入動態(tài)范圍(約±2.10VP-P)。該動態(tài)范圍限制在0.05%相當(dāng)高的精度范圍，非常適合MAX11040。有關(guān)精度指標(biāo)的詳細信息，請參考MAX11040數(shù)據(jù)資料。
表2. 圖3中的電阻和旁路電容計算
| VTR ±VP-P | RTR (Ω) | R1 (Ω) | R2 (Ω) | RIN (Ω) | C3 (µF) | f (Hz) | VIN ±VP-P | VADC (VRMS) | Calibration factor-KCAL | Calibration factor error (%) |
| Calculations for nominal VTR and standard components (nominal) values | ||||||||||
| 10 | 50 | 3320 | 909 | 130000 | 0.1 | 50 | 2.11268 | 1.4939 | 4.73301 | 0.70 |
| 5 | 50 | 2490 | 1820 | 130000 | 0.1 | 50 | 2.07026 | 1.46395 | 2.41516 | 0.99 |
| Measured values for VTR, VIN, VINRMS with real components values and tolerances used in the experiment | ||||||||||
| 9.863 | 50 ± 10% | 3320 ± 1% | 909 ± 1% | 130000 ± 15% | 0.1 ± 10% | 50 | 2.09872 | 1.483899 | 4.699912 | 0 |
| 4.932 | 50 ± 10% | 2490 ± 1% | 1820 ± 1% | 130000 ± 15% | 0.1 ± 10% | 50 | 2.06151 | 1.45833 | 2.3914 | 0 |
| 0 | 50 ± 10% | 2490 ± 1% | 1820 ± 1% | 130000 ± 15% | 0.1 ± 10% | 50 | 0 | 0.00048 | NA | NA |
表2列出的計算值均來自式1的計算結(jié)果和圖3定義的精確測量。表格頂部給出了式1在標(biāo)稱輸入電壓下的理論計算結(jié)果，選擇標(biāo)準(zhǔn)的分立元件。表2底部給出了演示系統(tǒng)中實際測量的元件值以及測試誤差，同時還給出了用于FSR校準(zhǔn)和計算得到的KCAL系數(shù)，計算公式如下：
校準(zhǔn)系數(shù)KCAL按照式2計算：本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/169157.htm
KCAL = VTRMAX/(VADCMAX - VADC0) (式2)
式中：
VTRMAX是輸入最大值，分別代表±5V或±10V輸入信號。
VADCMAX是測量、處理后的ADC值，MAX11040評估板設(shè)置與圖3相同，輸入信號設(shè)置為VTRMAX。
VADC0是測量、處理后的ADC值，MAX11040評估板設(shè)置與圖3相同，輸入信號設(shè)置為VIN = 0 (系統(tǒng)零失調(diào)測量)。
KCAL (本實驗中)是針對特別通道的校準(zhǔn)系數(shù)，根據(jù)VADC計算輸入信號VTR。
KCAL誤差計算顯示只基于標(biāo)稱值的KCAL“理論值”可能與基于實際測量值計算的KCAL之間存在1%左右的誤差。
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