Σ-Δ ADC应用笔记

      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K_CAL系数，计算公式如下：

      校准系数K_CAL按照式2计算：

K_CAL = V_TRMAX/(V_ADCMAX - V_ADC0) (式2)

式中：
V_TRMAX是输入最大值，分别代表±5V或±10V输入信号。
V_ADCMAX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V_TRMAX。
V_ADC0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V_IN = 0 (系统零失调测量)。
K_CAL (本实验中)是针对特别通道的校准系数，根据V_ADC计算输入信号V_TR。

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

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      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K_CAL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

Generator Generator MAX11040 Calculation Verr Requirements Nominal signal (½ FSR) V_{TR_m} - signal measured by HP3458A V_IN measured by ADC V_{TR_C} = V_IN × K_CAL (V_{TR_M} - V_{TR_C}) × (100/V_{TR_C}) IEC 62053 (V_P-P) (V_RMS) (V_RMS) (V_RMS) (%) (%) Channel 1: ±5.000 3.4892 0.74259 3.490126 -0.026544 0.2 Channel 2: ±2.500 1.7471 0.7307 1.747384 -0.016265 0.2

      表3中的V_{TR_M}表示输入½ FSR信号时的测量值，而V_{TR_C}表示基于MAX11040测量值和K_CAL处理、计算得到的数值。

      结果显示调理后的电路测量误差V_ERR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。这些新型ADC设计能够提供高达117dB的动态范围，有效改善积分非线性和微分非线性，采样速率高达64ksps。选择适当的信号调理电路，MAX11040能够满足甚至优于高级“智能”电网监控系统的指标要求¹。

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