用于±10 V輸入的單電源、完全隔離式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
請注意,如果采用50 ppm/°C或100 ppm/°C電阻,則總漂移的最大來源是電阻漂移,有源元件產(chǎn)生的漂移可忽略。
表1.溫度漂移導(dǎo)致的誤差
兩點(diǎn)校準(zhǔn)前后的測試數(shù)據(jù)
為了執(zhí)行兩點(diǎn)校準(zhǔn),先向輸入端施加-10 V的電流,并將ADC輸出代碼記為Code_1.然后,向輸入端施加+10 V的電流,再將ADC輸出代碼記為Code_2.增益系數(shù)通過下式計(jì)算:
現(xiàn)在,可通過下式計(jì)算與任何輸出代碼Code_x對應(yīng)的輸入電壓:
通過比較使用元件標(biāo)稱值計(jì)算得到的理想傳遞函數(shù)和未校準(zhǔn)實(shí)際電路傳遞函數(shù),可以得到校準(zhǔn)前的誤差。實(shí)測電路所用電阻的容差為±1%.測試結(jié)果不包括溫度變化。
圖3中所示為環(huán)境溫度下校準(zhǔn)前后的百分比誤差(FSR)測試結(jié)果。如圖所示,校準(zhǔn)前的最大誤差約為0.23% FSR.校準(zhǔn)后,誤差降至±0.03% FSR,大致相當(dāng)于ADC的1 LSB誤差。
圖3.室溫校準(zhǔn)前后的電路測試誤差
PCB布局考慮
在任何注重精度的電路中,必須仔細(xì)考慮電路板上的電源和接地回路布局。PCB應(yīng)盡可能隔離數(shù)字部分和模擬部分。該系統(tǒng)的PCB采用簡單的雙層板堆疊而成,但采用4層板可以得到更好的EMS性能。有關(guān)布局和接地的信息,請參見MT-031指南;有關(guān)去耦技術(shù)的信息,請參見MT-101指南。AD8606的電源應(yīng)當(dāng)用10μF和0.1μF電容去耦,以適當(dāng)抑制噪聲并減小紋波。這些電容應(yīng)盡可能靠近相應(yīng)器件,0.1μF電容應(yīng)具有低ESR值。對于所有高頻去耦,建議使用陶瓷電容。電源走線應(yīng)盡可能寬,以提供低阻抗路徑,并減小電源線路上的毛刺效應(yīng)。
ADuM5401 isoPower集成式DC/DC轉(zhuǎn)換器要求在輸入和輸出電源引腳上進(jìn)行電源旁路。請注意,引腳1與引腳2以及引腳15和引腳16之間需要低ESR旁路電容,這些電容應(yīng)盡可能靠近芯片焊盤。為了抑制噪聲并降低紋波,至少需要并聯(lián)兩個(gè)電容。針對VDD1和VISO,推薦的電容值是0.1μF和10μF.較小的電容必須具有低ESR,建議使用陶瓷電容。低ESR電容末端到輸入電源引腳的走線總長不得超過2 mm.如果旁路電容的走線長度超過2 mm,可能會(huì)破壞數(shù)據(jù)??紤]在引腳1與引腳8及引腳9與引腳16之間實(shí)現(xiàn)旁路,除非兩個(gè)公共地引腳靠近封裝連在一起。
高電壓能力
這款PCB依據(jù)2500 V基本絕緣規(guī)范而設(shè)計(jì)。不建議進(jìn)行2500 V以上的高電壓測試。在高電壓下使用該評估板時(shí)必須謹(jǐn)慎,而且不得依賴該P(yáng)CB來實(shí)現(xiàn)安全功能,因?yàn)樗唇?jīng)過高電位測試(也稱為高壓測試或耐壓絕緣測試),也未通過安全認(rèn)證。
常見變化
經(jīng)驗(yàn)證,采用圖中所示的元件值,該電路能夠穩(wěn)定地工作,并具有良好的精度。可在該配置中采用其他精密運(yùn)算放大器和其他ADC,以將±10V輸入電壓范圍轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出,用于本電路的各種其他應(yīng)用中。
可依據(jù)“電路設(shè)計(jì)”部分的等式,針對±10 V輸入電壓范圍以外進(jìn)行設(shè)計(jì),如圖1所示。表2顯示針對某些標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍計(jì)算電阻。
表2.標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍元件值
在下限為零且上限高于基準(zhǔn)電壓時(shí),轉(zhuǎn)換不需增益(k = 1),并且可簡化電路。圖4顯示輸入范圍為0 V至10 V的一個(gè)例子。
圖4. 0 V至10 V隔離式單電源模數(shù)轉(zhuǎn)換(未顯示所有連接和去耦)
AD7091與AD7091R類似,但沒有基準(zhǔn)電壓輸出,而且輸入范圍等于電源電壓。AD7091可與2.5 V ADR391基準(zhǔn)電壓源配合使用。ADR391不需要緩沖,因此可在電路中使用一個(gè)AD8605.
ADR391是一款精密2.5 V帶隙基準(zhǔn)電壓源,具有低功耗、高精度(溫度漂移為9 ppm/°C)等特性,采用微型TSOT封裝。
AD8608是AD8605的四通道版本,在需要額外的精密運(yùn)算放大器時(shí),可以替代AD8606.
AD8601、AD8602和AD8604分別為單通道、雙通道和四通道軌到軌、輸入和輸出、單電源放大器,具有超低失調(diào)電壓和寬信號帶寬等特性,可以替代AD8605、AD8606和AD8608.
AD7457是一款12位、100 kSPS、低功耗SAR ADC,在不需要300 kSPS吞吐速率的情況下,可以與ADR391基準(zhǔn)電壓源相配合,用于代替AD7091R.
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