Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7708輸入隔離電路設(shè)計

AD7708是一種多通道16位Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。它支持4或5通道真正差分輸入以及8或10信道偽差分輸入。這種芯片允許兩路信號同時轉(zhuǎn)換，從而提高了多路轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的吞吐率。其片內(nèi)還包括可切換的電流源、低端電源開關(guān)和一個溫度傳感器。該ADC在3V電源供電時，在正常工作方式下，功耗電流為2mA；在待機方式下，功耗電流小于10μA。AD7708適合寬動態(tài)范圍和低頻應(yīng)用的低成本、低功耗和性能完整的模擬前端解決方案，并且能對傳感器的輸出信號直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，而無需信號調(diào)理。輸入通道可以編程設(shè)置為8檔量程從20mV到2.56V；輸入信號可以被設(shè)置為緩沖方式，在緩沖方式下能消除大的源阻抗的影響并通過一個RC濾波器對噪聲進(jìn)行濾波和衰減RFI；所有的輸入信號都可以直接接入而不需要其他的信號放大環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)理，使其更適用于寬動態(tài)范圍和低頻信號的測量，如溫度、應(yīng)力、壓力傳感器等信號。得益于這種新型ADC的具體應(yīng)用包括醫(yī)用電子儀器、工業(yè)過程控制、便攜式儀器、壓力傳感器、智能變送器、稱重、溫度測量和數(shù)據(jù)采集設(shè)備。在實際的抗干擾應(yīng)用中，合理設(shè)計前端的隔離電路具有重要應(yīng)用。

AD7708輸入隔離電路設(shè)計

隔離電路的設(shè)計主要出于兩種考慮：第一，保護(hù)被測電路和測試電路，使其不至于因測試電路或被測電路的故障而影響整個系統(tǒng)的工作。第二，減小環(huán)境噪聲對測試電路的影響。為保護(hù)后級設(shè)備、保證測量結(jié)果的有效性，測試電路與被測電路必須做到嚴(yán)格的電氣隔離，隔離電路應(yīng)具有較高的精度。電路的成本和體積也要符合工程需要。TI公司的精密線性光耦TIL300是隔離器件的新產(chǎn)品。我們采用該器件和Burr－Brown公司的高隔離DC－DC芯片DCP0105完成了模擬量的隔離電路。

TIL300是一個由紅外光LED照射分叉配置的隔離反饋光二極管和一個輸出光二極管組成。該器件采用特殊制造技術(shù)來補償LED時間和溫度特性的非線性，使輸出信號與LED發(fā)出的伺服光通量成線性比例。TIL300的外圍配置電路如圖1所示。

圖1 TIL300的外圍配置電路

實際電路如圖2。隔離電路中，R1調(diào)節(jié)初級運放輸入偏置電流的大小，C3起反饋作用，同時濾除電路中的毛刺信號，避免TIL300的紅外光LED受到意外的沖擊。但是隨著頻率的提高，其阻抗將變小，TIL300的初級電流增大，增益隨之變大，因而C3的引入對通道在高頻時的通道增益有一定影響。雖然減小C3的值可以拓展帶寬，但是這樣會影響初級運放的增益，同時，初級運放輸出的較大毛刺信號不易被濾除。在我們應(yīng)用系統(tǒng)中被測信號頻率遠(yuǎn)低于300kHz，取C3為4.7μF，其容抗不小于0.012。這時，設(shè)計帶寬B≈1/R3 MHz。R3可以控制LED的發(fā)光強度，從而對控制通道增益起了一定作用。R2用于調(diào)節(jié)輸出運放負(fù)反饋的深度。　

由此可見，在C3已確定時，調(diào)整R1、R2、R3的值，可以在一定帶寬下調(diào)整通道增益。對于被測量較小的系統(tǒng)，R1、R2應(yīng)取得稍小些，這樣在保證小信號測試精度的同時，可使通道增益基本不變。此外可以通過改變R4來實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的增益調(diào)整。反之，R1、R2應(yīng)取得稍大些，以保證通道的動態(tài)范圍。R3根據(jù)LED的導(dǎo)通電流適當(dāng)選取。實際電路中參數(shù)R1=R2=250kΩ, R3=470kΩ, R4=1MΩ。

圖2 實際電路　　

用DCP0105將電路兩側(cè)的電源隔離開來，其峰值隔離度為3500V，可以滿足系統(tǒng)的要求。電路中C1、C2是為改善DCP0105的輸出波形而引入的。由此可見，隔離電路以TIL300、DCP0105形成了分界線，左側(cè)與被測模擬量連接，右側(cè)與后級A/D變換連接。采樣信號經(jīng)過運放的放大分兩路后送至TIL300，隔離放大后送入次級運放。

結(jié)語

筆者所設(shè)計的AD7708前端隔離電路已經(jīng)成功應(yīng)用于某衛(wèi)星電源監(jiān)測系統(tǒng)。