使用同时采样ADC进行高性能多通道输电线监测

作者：时间：2013-08-18来源：网络收藏

; PADDING-BOTTOM: 15px; MARGIN: 0px; PADDING-TOP: 0px; BORDER-RIGHT-WIDTH: 0px">　　AD7656在8192次采样中，只有6个码字峰峰值噪声。

　　ADC以外的其它因素一个完整的输电线测量系统如图4所示。虽然ADC是系统的核心，但是在设计一个高性能系统时，其它的许多因素也必须考虑。参考电压源和输入放大器也是系统性能的关键因素，隔离问题可能是远程通信中还需要考虑的问题。

　　ADC参考电压源考虑

　　使用ADC内置参考电压源（带内部参考电压源的器件）还是外部参考电压源取根据系统要求。当一块电路板上使用多片ADC时，最好使用外部参考电压源，因为公共参考电压源能够消除不同参考电压直接的差别，所以利用比率测量的优点。一般，低漂移参考电压源对于减少参考电压源对温度的敏感性也很重要。

　　一些简单的计算可以帮助我们理解漂移的重要性，并决定是否采用内部参考电压源。例如，一款10 V满度输入的16 bit ADC的具有 152 μV分辨率。AD7656内部参考电压的温度漂移为25 ppm/℃最大值（6 ppm/℃典型值）。在50℃温度范围内，参考电压漂移达1250 ppm，即12.5 mV。在对漂移要求严格的应用中，最后选择外部低漂移参考电压，例如ADR4214（1 ppm/℃）。在50℃温度范围内，一个1 ppm/℃参考电压的漂移仅为0.5 mV。

　　放大器选择

　　为输电线监测应用选择放大器的主要考虑是低噪声和低失调电压。

　　驱动放大器产生的噪声必须尽可能低以保证SNR和ADC的转移噪声性能。低噪声放大器在测量交流小信号时很有用。放大器在全温度范围内总的失调误差（包括漂移）应该小于所要求的分辨率。OP11775/ OP21776/OP41777系列放大器具有低噪声性能（8.5 nV/√Hz）和低失调漂移。例如，OP1177运算放大器具有60 μV失调电压最大值和0.7 μV/℃失调电压漂移最大值。在50℃温度范围内，失调电压漂移最大值为 35 μV，所以由于失调和失调漂移引起的总误差小于95 μV或0.0625 LSB。

　　对于输电线监测应用，功耗可能是重要考虑，特别是测量一块PCB板上的128个通道时。OP1177系列放大器通常每只放大器消耗的电源电流小于400 μA。

　　下表列出了为输电线监测应用推荐的几款放大器。

　　ADC电源设计

　　ADC需要模拟电源和数字电源。大多数系统都具有5 V数字电源，但许多系统却没有5 V模拟电源。如果模拟电路和数字电路使用同一个电源，会将有害的噪声耦合到系统，通常应该避免这样的操作。对于可提供 ±12 V双极性电源的设计，可使用低成本、低压差（LDO）稳压器, 例如ADP333010，产生3 V或5 V优质电源，随着温度、负载和输电线电压的波动可达到1.4%准确度。

　　通信

　　单个变电站中的许多系统需要与远端主系统控制器通信，通常要保证电气隔离。使用发光二极管（LED）和光电二极管的光耦合解决方案正在被iCoupler?数字隔离器11所替代。iCoupler?数字隔离器使用芯片级微变压器，其数据传输速率是常用高速光耦的2～4倍，功耗仅为1/50——从而降低了散热功耗，提高了稳定度并且降低了成本。

　　除了以上优点，集成解决方案还能节省PCB面积并且简化了布线。 ADuM140212 4通道数字隔离器支持高达100 MSPS数据传输速率和高达2.5 kV额定隔离电压。

　　RS-232经常被用于连接多个系统，所以每个系统和总线之间的隔离非常关键。数字隔离器不支持RS-232标准，所以它们不能用在收发器和电缆之间；它们只能用在收发器和本地系统之间。ADuM1402 iCoupler数字隔离器与ADM232L13 RS-232收发器和隔离电源配合使用，可以消除接地环路，并且可有效地防止浪涌损害。

　　对于使用RS-485协议的系统，可以提供ADM248*单片隔离的 RS0-485收发器（见图5）。它支持高达20 Mbps数据传输速率和高达 2.5 kV隔离电压。