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用于±10 V输入的单电源、完全隔离式数据采集系统 (二)

来源:华强电子网 作者:华仔 浏览:223

标签:

摘要: 有源元件温度系数对总误差的影响 AD8606运算放大器和AD7091R ADC的直流失调由校准程序消除。 ADC AD7091R内置基准电压源的失调漂移典型值为4.5 ppm/ C,最大值为25 ppm/ C. AD8606运算放大器的失调漂移典型值为1 V/ C,最大值为4.5 V/ C. U1A AD8606输入导致的误差以2.3 V输出范围为基准,因而为2 ppm/ C.U1B基准电压缓冲器

有源元件温度系数对总误差的影响

AD8606运算放大器和AD7091R ADC的直流失调由校准程序消除。

ADC AD7091R内置基准电压源的失调漂移典型值为4.5 ppm/ C,最大值为25 ppm/ C.

AD8606运算放大器的失调漂移典型值为1 V/ C,最大值为4.5 V/ C.

U1A AD8606输入导致的误差以2.3 V输出范围为基准,因而为2 ppm/ C.U1B基准电压缓冲器导致的误差以2.5 V为基准,同样约为2 ppm/ C.

总漂移误差结如表1所概括。这些误差不包括AD7091R的 1 LSB积分非线性误差。

请注意,如果采用50 ppm/ C或100 ppm/ C电阻,则总漂移的最大来源是电阻漂移,有源元件产生的漂移可忽略。

 src="//img.hqew.com/File/Images/0-9999/0/HR/201722216630877133.jpg" width="500" height="141" /><p> </p><p> 表1.温度漂移导致的误差</p><p> 两点校准前后的测试数据</p><p> 为了执行两点校准,先向输入端施加-10 V的电流,并将ADC输出代码记为Code_1.然后,向输入端施加+10 V的电流,再将ADC输出代码记为Code_2.增益系数通过下式计算:</p><p> </p><img alt=

 

现在,可通过下式计算与任何输出代码Code_x对应的输入电压:

 src="//img.hqew.com/File/Images/0-9999/0/HR/201722216639791368.jpg" width="237" height="23" /><p> </p><p> 通过比较使用元件标称值计算得到的理想传递函数和未校准实际电路传递函数,可以得到校准前的误差。实测电路所用电阻的容差为 1%.测试结果不包括温度变化。</p><p> 图3中所示为环境温度下校准前后的百分比误差(FSR)测试结果。如图所示,校准前的最大误差约为0.23% FSR.校准后,误差降至 0.03% FSR,大致相当于ADC的1 LSB误差。</p><p> </p><img alt=

 

图3.室温校准前后的电路测试误差

PCB布局考虑

在任何注重精度的电路中,必须仔细考虑电路板上的电源和接地回路布局。PCB应尽可能隔离数字部分和模拟部分。该系统的PCB采用简单的双层板堆叠而成,但采用4层板可以得到更好的EMS性能。有关布局和接地的信息,请参见MT-031指南;有关去耦技术的信息,请参见MT-101指南。AD8606的电源应当用10 F和0.1 F电容去耦,以适当抑制噪声并减小纹波。这些电容应尽可能靠近相应器件,0.1 F电容应具有低ESR值。对于所有高频去耦,建议使用陶瓷电容。电源走线应尽可能宽,以提供低阻抗路径,并减小电源线路上的毛刺效应。

ADuM5401 isoPower集成式DC/DC转换器要求在输入和输出电源引脚上进行电源旁路。请注意,引脚1与引脚2以及引脚15和引脚16之间需要低ESR旁路电容,这些电容应尽可能靠近芯片焊盘。为了抑制噪声并降低纹波,至少需要并联两个电容。针对VDD1和VISO,推荐的电容值是0.1 F和10 F.较小的电容必须具有低ESR,建议使用陶瓷电容。低ESR电容末端到输入电源引脚的走线总长不得超过2 mm.如果旁路电容的走线长度超过2 mm,可能会破坏数据。考虑在引脚1与引脚8及引脚9与引脚16之间实现旁路,除非两个公共地引脚靠近封装连在一起。

高电压能力

这款PCB依据2500 V基本绝缘规范而设计。不建议进行2500 V以上的高电压测试。在高电压下使用该评估板时必须谨慎,而且不得依赖该PCB来实现安全功能,因为它未经过高电位测试(也称为高压测试或耐压绝缘测试),也未通过安全认证。

常见变化

经验证,采用图中所示的元件值,该电路能够稳定地工作,并具有良好的精度。可在该配置中采用其他精密运算放大器和其他ADC,以将 10V输入电压范围转换成数字输出,用于本电路的各种其他应用中。

可依据 电路设计 部分的等式,针对 10 V输入电压范围以外进行设计,如图1所示。表2显示针对某些标准电压范围计算电阻。

 src="//img.hqew.com/File/Images/0-9999/0/HR/201722216647455027.jpg" width="265" height="191" /><p> </p><p> 表2.标准电压范围元件值
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