對(duì)于許多應(yīng)用,，監(jiān)控電力線(xiàn)意味著使用電流互感器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò),，以便感測(cè)三相及零序的電流和電壓 ,，如圖1所示,。AD7606B具有高輸入阻抗,，可以直接連接傳感器,，并且它提供了所需的全部?jī)?nèi)建輸入模塊，從而簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì),。

圖1. 典型的電力線(xiàn)監(jiān)控應(yīng)用中的AD7606B

AD7606B在片內(nèi)集成8個(gè)獨(dú)立的信號(hào)鏈,，即使采用5 V單電源供電（數(shù)字接口電壓Vdrive不計(jì)），仍可接受±10 V或±5 V的真正雙極性模擬輸入信號(hào),。因此,，無(wú)需使用外部驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器和外部雙極性電源。

每個(gè)通道都由21V模擬輸入箝位保護(hù)電路,、具備5MΩ輸入阻抗的電阻可編程增益放大器,、一階抗混疊濾波器和16位SARADC組成。此外,，還可包含一個(gè)過(guò)采樣率高達(dá)256的數(shù)字均值濾波器,，以及一個(gè)低溫漂2.5 V基準(zhǔn)電壓源，用于幫助構(gòu)建完整的電力線(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。

除了提供完整的模擬信號(hào)鏈之外,，AD7606B還提供許多校準(zhǔn)和診斷功能,，以改善系統(tǒng)級(jí)性能和可靠性。

直接傳感器接口

與AD7606不同,，AD7606B的輸入阻抗已提高到5 MΩ,，使其可以直接與多種傳感器接口，從而獲得兩個(gè)好處：

· 降低外部串聯(lián)電阻（例如,，濾波或電阻分壓網(wǎng)絡(luò)）導(dǎo)致的增益誤差,。

· 當(dāng)傳感器斷開(kāi)時(shí)，所看到的偏移量會(huì)減小,，可以輕松實(shí)現(xiàn)傳感器斷開(kāi)檢測(cè)功能,。

外部電阻造成的增益誤差

進(jìn)行工廠(chǎng)修整時(shí)，會(huì)嚴(yán)格控制PGA的RFB和RIN N（一般為5MΩ）,，確保準(zhǔn)確設(shè)置AD7606B的增益,。但是，如圖1所示,，如果在前端放置一個(gè)外部電阻,，那么實(shí)際增益與理想的修整RFB/RIN值之間會(huì)存在偏差。

RFILTER越高,，增益誤差越大,，這需要從控制器一側(cè)補(bǔ)償。但是,，RIN越高,，相同RFILTER 產(chǎn)生的影響就越小。與AD7606具有1 MΩ輸入阻抗不同,，AD7606B具有5 MΩ阻抗,，這意味著在沒(méi)有任何校準(zhǔn)的情況下，相同串聯(lián)電阻(RFILTER)的增益誤差會(huì)降低到約1/5,，如圖2所示,。

圖2. 串聯(lián)電阻導(dǎo)致的增益誤差

但是，通過(guò)在軟件模式下使用AD7606B,，系統(tǒng)增益誤差可以基于每個(gè)通道自動(dòng)進(jìn)行片內(nèi)補(bǔ)償,，因此完全無(wú)需再在控制器一側(cè)實(shí)施任何增益校準(zhǔn)計(jì)算。

傳感器斷開(kāi)檢測(cè)

傳統(tǒng)上,，將下拉電阻(RPD)與傳感器（圖1中所示的電流互感器）并聯(lián),，用戶(hù)可通過(guò)監(jiān)測(cè)多個(gè)樣本(N)的ADC輸出代碼是否重復(fù)小于20 LSBs，來(lái)檢測(cè)傳感器何時(shí)斷開(kāi),。

建議采用比傳感器的源阻抗大得多的RPD,，將該并聯(lián)電阻可能產(chǎn)生的誤差減至最小。但是,，RPD越大,，在傳感器斷開(kāi)時(shí)生成的ADC輸出代碼也越大,，這并非我們期望的結(jié)果。由于AD7606B的RIN比AD7606大,，對(duì)于給定的RPD,，如果傳感器斷開(kāi)，ADC輸出代碼會(huì)降低（如圖3所示）,，從而降低了誤報(bào)的風(fēng)險(xiǎn),。

圖3. 傳感器與ADC的模擬輸入斷開(kāi)連接時(shí)的偏置誤差

進(jìn)入AD7606B的軟件模式時(shí)，可以使用開(kāi)路檢測(cè)功能,，從而無(wú)需后端軟件來(lái)檢測(cè)傳感器斷開(kāi)情況,。編程設(shè)置樣本數(shù)量N（在圖4的示例中，N = 3）之后,，如果模擬輸入保持由幾個(gè)樣本報(bào)告較 小的直流值,，算法會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，并在模擬輸入信號(hào)斷開(kāi)被判定為開(kāi)路時(shí),，置一個(gè)標(biāo)記位,。

圖4. 傳感器斷開(kāi)檢測(cè)

系統(tǒng)級(jí)性能

系統(tǒng)失調(diào)校準(zhǔn)

使用一對(duì)外部電阻時(shí)，如圖1所示,，它們之間出現(xiàn)任何不匹配都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生偏移,。傳感器短接至地時(shí)，該偏移可以測(cè)量為ADC輸出代碼,。然后,，可以通過(guò)編程設(shè)置對(duì)應(yīng)的通道偏移寄存器，在轉(zhuǎn)換結(jié)果中增加或減去–128 LSBs至+127 LSBs偏移,，以補(bǔ)償系統(tǒng)偏移,。

系統(tǒng)相位校準(zhǔn)

CONVST引腳用于管理模數(shù)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，以便同時(shí)在所有通道上觸發(fā)該流程,。但是,，對(duì)于通過(guò)電流互感器(CT)測(cè)量電流同時(shí)通過(guò)分壓電阻按比例縮小來(lái)測(cè)量電壓的應(yīng)用,，存在電流和電壓通道之間相位不匹配的情況,。為了補(bǔ)償這種不匹配，AD7606B可以延遲任何通道（相對(duì)延遲大一點(diǎn)兒的通道）上的采樣時(shí)刻,，以便將輸出信號(hào)調(diào)整到同相,，如圖5所示。

圖5. 相位調(diào)整

系統(tǒng)可靠性

為了提高系統(tǒng)的可靠性,，在片內(nèi)增加了幾種診斷功能,，包括：

· 每個(gè)通道上的過(guò)壓/欠壓比較器。

· 一種接口檢查,，在每個(gè)通道上輸出固定的數(shù)據(jù),，以驗(yàn)證通信狀態(tài),。

· 如果嘗試對(duì)無(wú)效寄存器實(shí)施寫(xiě)入或讀取，則會(huì)發(fā)出SPI無(wú)效讀取/寫(xiě)入警報(bào),。

· 在轉(zhuǎn)換開(kāi)始后,，如果BUSY線(xiàn)持續(xù)的時(shí)間比正常時(shí)間長(zhǎng)，則會(huì)發(fā)出BUSY STUCK HIGH警報(bào),。

· 如果檢測(cè)到對(duì)內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器的完全,、部分或上電復(fù)位，則發(fā)出復(fù)位檢測(cè)警報(bào),。

· 可以對(duì)存儲(chǔ)器映射,、ROM和每個(gè)接口通信實(shí)施CRC校驗(yàn)，以確保正確初始化和/或操作,。

總結(jié)

AD7606B為市場(chǎng)帶來(lái)了完整的芯片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。可實(shí)現(xiàn)所有的模擬前端內(nèi)建模塊,。它提供了一套完整的高級(jí)診斷功能,，以及增益、偏移和相位校準(zhǔn),。因此,，AD7606B降低了組件成本和系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，從而簡(jiǎn)化了電力線(xiàn)監(jiān)控應(yīng)用設(shè)計(jì),。

作者

Lluis Beltran Gil畢業(yè)于瓦倫西亞理工大學(xué),，于2009年獲電子工程學(xué)士學(xué)位，2012年獲工業(yè)工程學(xué)士學(xué)位,。畢業(yè)后,，Lluis于2013年加入ADI公司，擔(dān)任利默里克精密轉(zhuǎn)換器部的應(yīng)用工程師,，支持溫度傳感器開(kāi)發(fā),。目前，Lluis就職于ADI精密轉(zhuǎn)換器部SAR ADC應(yīng)用團(tuán)隊(duì),，工作地點(diǎn)在西班牙瓦倫西亞,。