∑-ΔADC应用笔记

　　式中：

　　VTR是CT和PT变压器的输出电压。

　　RTR是变压器的等效阻抗。

　　R1、R2构成电阻分压网络。

　　RIN是MAX11040的输入阻抗。

　　R2llRIN是R2和RIN的并联阻抗。

　　C3为输入旁路电容。

　　f是输入信号频率。

　　VIN(f)是MAX11040的输入电压。

　　可以利用类似方法进行差分输入设计。

　　为保持高精度电阻分压比和正确的旁路特性，应选取低温度系数、精度为1%甚至更好的金属薄膜电阻。电容应选取高精度陶瓷电容或薄膜电容。最好选择信誉较好的供应商购买这些元件，例如Panasonic®、Rohm®、Vishay®、Kemet®和AVX®等。

　　MAX11040EVKIT提供了一个全功能、8通道DAS系统，评估板能够帮助设计人员加快产品的开发进程，例如，验证图2中所推荐的原理图方案。

　　图3. 基于MAX11040EVKIT的开发系统框图，需要两个精密仪表对测量通道进行适当校准。测量结果可以通过USB发送到PC机，然后转换成Excel®文件作进一步处理。

　　函数发生器产生的±5V信号连接到MAX11040的通道2，而另一函数发生器产生的±10V信号连接到MAX11040的输入通道1。电阻分压网络R1/R2和R3/R4对±5V或±10V输入进行相应的调整，使其接近ADC的满量程范围(FSR = ±2.2VP-P)。

　　电阻分压网络R1和R2的取值以及旁路电容C1和C2的取值如表2所示，均由式1计算得到，接近最佳的输入动态范围(约±2.10VP-P)。该动态范围限制在0.05%相当高的精度范围，非常适合MAX11040。有关精度指标的详细信息，请参考MAX11040数据资料。

　　表2. 图3中的电阻和旁路电容计算 VTR

　　±VP-PRTR

　　(Ω)R1

　　(Ω)R2

　　(Ω)RIN

　　(Ω)C3

　　(µF)f

　　(Hz)VIN

　　±VP-PVADC

　　(VRMS)Calibration

　　factor-KCALCalibration

　　factor error (%)

　　Calculations for nominal VTR and standard components (nominal) values

　　105033209091300000.1502.112681.49394.733010.70

　　550249018201300000.1502.070261.463952.415160.99

　　Measured values for VTR, VIN, VINRMS with real components values and tolerances used in the experiment

　　9.86350 ± 10%3320 ± 1%909 ± 1%130000 ± 15%0.1 ± 10%502.098721.4838994.6999120

　　4.93250 ± 10%2490 ± 1%1820 ± 1%130000 ± 15%0.1 ± 10%502.061511.458332.39140

　　050 ± 10%2490 ± 1%1820 ± 1%130000 ± 15%0.1 ± 10%5000.00048NANA

　　表2列出的计算值均来自式1的计算结果和图3定义的精确测量。表格顶部给出了式1在标称输入电压下的理论计算结果，选择标准的分立元件。表2底部给出了演示系统中实际测量的元件值以及测试误差，同时还给出了用于FSR校准和计算得到的KCAL系数，计算公式如下：

　　校准系数KCAL按照式2计算：

　　KCAL = VTRMAX/(VADCMAX - VADC0)(式2)

　　式中：

　　VTRMAX是输入最大值，分别代表±5V或±10V输入信号。

　　VADCMAX是测量、处理后的ADC值，MAX11040评估板设置与图3相同，输入信号设置为VTRMAX。

　　VADC0是测量、处理后的ADC值，MAX11040评估板设置与图3相同，输入信号设置为VIN = 0 (系统零失调测量)。

　　KCAL (本实验中)是针对特别通道的校准系数，根据VADC计算输入信号VTR。

　　KCAL误差计算显示只基于标称值的KCAL“理论值”可能与基于实际测量值计算的KCAL之间存在1%左右的误差。

　　所以，只是依靠理论计算还不足以支持实际要求;如果设计中需要达到EU IEC 62053标准要求的0.2%精度，就必须对每个测量通道进行满量程(FSR)校准。

　　表3所示结果验证了½ FSR输入信号的测量。利用高精度HP3458A万用表测量数据，利用式2中的校准系数KCAL得到ADC测量值和计算值。

　　表3. 验证½ FSR输入信号对应的测量结果 GeneratorGeneratorMAX11040CalculationVerrRequirements

　　Nominal signal (½ FSR)VTR_m - signal measured by HP3458AVIN measured by ADCVTR_C = VIN × KCAL(VTR_M - VTR_C) × (100/VTR_C)IEC 62053

　　(VP-P)(VRMS)(VRMS)(VRMS)(%)(%)

　　Channel 1: ±5.0003.48920.742593.490126-0.0265440.2

　　Channel 2: ±2.5001.74710.73071.747384-0.0162650.2

　　表3中的VTR_M表示输入½ FSR信号时的测量值，而VTR_C表示基于MAX11040测量值和KCAL处理、计算得到的数值。

结果显示调理后的电路测量误差VERR低于0.03%，可轻松满足EU IEC 62053规范要求的0.2%精度指标。

　　图4. MAX11040EVKIT GUI允许用户方便地设置各种测量条件：12.8ksps、256采样点/周期和1024次转换。此外，GUI的计算部分提供了一个进行快速工程运算的便捷工具。

　　测量结果也可以通过USB口传送到PC端，从而利用强大的(而且免费)的Excel进行详细的数据分析。

　　结论

　　MAX11040等高性能多通道同时采样、Σ-Δ ADC非常适合工业应用的数据采集系统。