提高性能,简化设计,搞掂电力线监控应用就看它

对于许多应用,监控电力线意味着使用电流互感器和电阻分压网络,以便感测三相及零序的电流和电压,如图1所示。ad7606b具有高输入阻抗,可以直接连接传感器,并且它提供了所需的全部内建输入模块,从而简化了数据采集系统设计。
ad7606b在片内集成8个独立的信号链,即使采用5 v单电源供电(数字接口电压vdrive不计),仍可接受±10 v或±5 v的真正双极性模拟输入信号。因此,无需使用外部驱动运算放大器和外部双极性电源。
每个通道都由21 v模拟输入箝位保护电路、具备5 mω输入阻抗的电阻可编程增益放大器、一阶抗混叠滤波器和16位sar adc组成。此外,还可包含一个过采样率高达256的数字均值滤波器,以及一个低温漂2.5 v基准电压源,用于帮助构建完整的电力线数据采集系统。
除了提供完整的模拟信号链之外,ad7606b还提供许多校准和诊断功能,以改善系统级性能和可靠性。
图1. 典型的电力线监控应用中的ad7606b
直接传感器接口
与ad7606不同,ad7606b的输入阻抗已提高到5 mω,使其可以直接与多种传感器接口,从而获得两个好处:
1. 降低外部串联电阻(例如,滤波或电阻分压网络)导致的增益误差。
2. 当传感器断开时,所看到的偏移量会减小,可以轻松实现传感器断开检测功能。
外部电阻造成的增益误差
进行工厂修整时,会严格控制pga的rfb和rin(一般为5 mω),确保准确设置ad7606b的增益。但是,如图1所示,如果在前端放置一个外部电阻,那么实际增益与理想的修整rfb/rin值之间会存在偏差。
rfilter越高,增益误差越大,这需要从控制器一侧补偿。但是,rin越高,相同rfilter产生的影响就越小。与ad7606具有1 mω输入阻抗不同,ad7606b具有5 mω阻抗,这意味着在没有任何校准的情况下,相同串联电阻(rfilter)的增益误差会降低到约1/5,如图2所示。
图2. 串联电阻导致的增益误差。
但是,通过在软件模式下使用ad7606b,系统增益误差可以基于每个通道自动进行片内补偿,因此完全无需再在控制器一侧实施任何增益校准计算。
传感器断开检测
传统上,将下拉电阻(rpd)与传感器(图1中所示的电流互感器)并联,用户可通过监测多个样本(n)的adc输出代码是否重复小于20 lsbs,来检测传感器何时断开。
建议采用比传感器的源阻抗大得多的rpd,将该并联电阻可能产生的误差减至最小。但是,rpd越大,在传感器断开时生成的adc输出代码也越大,这并非我们期望的结果。由于ad7606b的rin比ad7606大,对于给定的rpd,如果传感器断开,adc输出代码会降低(如图3所示),从而降低了误报的风险。
图3. 传感器与adc的模拟输入断开连接时的偏置误差。
进入ad7606b的软件模式时,可以使用开路检测功能,从而无需后端软件来检测传感器断开情况。编程设置样本数量n(在图4的示例中,n = 3)之后,如果模拟输入保持由几个样本报告较小的直流值,算法会自动运行,并在模拟输入信号断开被判定为开路时,置一个标记位。
图4. 传感器断开检测
系统级性能
系统失调校准
使用一对外部电阻时,如图1所示,它们之间出现任何不匹配都会导致产生偏移。传感器短接至地时,该偏移可以测量为adc输出代码。然后,可以通过编程设置对应的通道偏移寄存器,在转换结果中增加或减去–128 lsbs至+127 lsbs偏移,以补偿系统偏移。
系统相位校准
convst引脚用于管理模数转换启动,以便同时在所有通道上触发该流程。但是,对于通过电流互感器(ct)测量电流同时通过分压电阻按比例缩小来测量电压的应用,存在电流和电压通道之间相位不匹配的情况。为了补偿这种不匹配,ad7606b可以延迟任何通道(相对延迟大一点儿的通道)上的采样时刻,以便将输出信号调整到同相,如图5所示。
图5. 相位调整。
系统可靠性
为了提高系统的可靠性,在片内增加了几种诊断功能,包括:
1. 每个通道上的过压/欠压比较器。
2. 一种接口检查,在每个通道上输出固定的数据,以验证通信状态。
3. 如果尝试对无效寄存器实施写入或读取,则会发出spi无效读取/写入警报。
4. 在转换开始后,如果busy线持续的时间比正常时间长,则会发出busy stuck high警报。
5. 如果检测到对内部ldo稳压器的完全、部分或上电复位,则发出复位检测警报。
6. 可以对存储器映射、rom和每个接口通信实施crc校验,以确保正确初始化和/或操作。
总结
ad7606b为市场带来了完整的芯片数据采集系统。可实现所有的模拟前端内建模块。它提供了一套完整的高级诊断功能,以及增益、偏移和相位校准。因此,ad7606b降低了组件成本和系统设计的复杂性,从而简化了电力线监控应用设计。

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