本文檔主要關(guān)注通過工業(yè)傳感器和高性能 ADC 的集成來實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DAS)。高性能 ADC 的設(shè)計中采用了 Σ-Δ 架構(gòu)。該參考設(shè)計將探索 Maxim 的 MAX11040K 以及實(shí)現(xiàn)所需性能所需的正確原理圖和組件。
    許多新的先進(jìn)工業(yè)應(yīng)用需要高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DAS) 和多個傳感器之間的接口。當(dāng)該接口需要多通道高精度幅度和相位信息時，這些工業(yè)應(yīng)用可以利用超高動態(tài)范圍、同步采樣、多通道 ADC，例如 MAX11040K。
    高速 Sigma-Delta 架構(gòu)的優(yōu)勢
    以圖 1 所示的三相電力線監(jiān)控/測量系統(tǒng)為例。這些工業(yè)應(yīng)用需要在高達(dá) 117dB 的寬動態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行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，應(yīng)適當(dāng)“調(diào)節(jié)”來自傳感器（例如圖 1 中的 CT 和 PT 變壓器）的信號，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 說明兩個 MAX11040K ADC 可以同時測量三相電壓和中性線電壓以及電流。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 ADC 通道均使用專用的開關(guān)電容器 Σ-Δ 調(diào)制器對其輸入執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。調(diào)制器將輸入信號轉(zhuǎn)換為低分辨率數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其平均值代表 24.576MHz 時鐘下 3.072Msps 的數(shù)字化信號信息。然后，該數(shù)據(jù)流被提供給內(nèi)部數(shù)字濾波器進(jìn)行處理，以消除任何高頻噪聲。這些操作的結(jié)果是高分辨率的 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。這些值不能像逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 中那樣被視為“瞬時”值。
    電力線應(yīng)用中的 ADC 性能要求
    該應(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變壓器的典型輸出。然而，有一種簡單且經(jīng)濟(jì)高效的方法可以將變壓器的±5V或±10V范圍與MAX11040K的較低輸入范圍相適應(yīng)。如圖 2 所示。

   

 連接到通道 1 的電路代表單端設(shè)計。在此配置中，變壓器的一側(cè)接地，信號調(diào)節(jié)通過一個簡單的電阻分壓器和電容器來實(shí)現(xiàn)。

    如果共模噪聲(與兩個ADC輸入相同的噪聲)是一個嚴(yán)重問題，那么建議采用差分設(shè)計，如連接到通道4的電路所示。通過在該設(shè)計中利用MAX11040K的真正差分輸入，噪音影響減少。
    結(jié)論
    使用 Maxim 的 MAX11040K ADC（在系統(tǒng)中采用 sigma-delta 架構(gòu)）可以非常實(shí)現(xiàn)高性能的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DAS)。這非常適用于非常需要適當(dāng)信號調(diào)節(jié)的“智能”電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。