电源

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<strong>作者：Luis Orozco，ADI公司系统应用工程师</strong>

同步检测是一项实用的技术，它可通过许多仪器仪表应用提取低于噪底的嵌入低电平信号。例如：测量非常小的电阻，测量在强背景光下光的吸收或反射，或者甚至在高噪声电平的情况下进行应变测量。

当频率接近直流时，许多电气和物理系统都会有更高的噪声。例如，运算放大器有1/f的噪声，并且露天光学测量系统会受日光、白炽灯、荧光灯和其他光源造成的环境光照条件变化产生的噪声影响。如果可以使测量远离这些低频噪声源，则可以获得更高的信噪比并检测出弱得多的信号。例如，如果您希望测量表面反射的光量，则在几kHz下调制光源将能够测量在较低频率噪声中嵌入的信号。图1展示了信号调制在低于噪底和可恢复测量方面有多么重要。调制传感器激励信号的方法有不少。最简单的调制方案是反复开启和关闭激励信号。这对于驱动LED和其他类型激励(例如应变计桥加压)很有效。它尤其适用于很难以电子方式调制激励源(例如广泛运用于许多波谱仪器的白炽灯)的情况。在此情况下，调制就如使用机械调制盘对光进行斩波一样简单。

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精密模数转换器应用广泛，如仪器仪表和测量、电力线继电保 护、过程控制、电机控制等。目前，SAR 型ADC 的分辨率可 达18 位甚至更高，采样速率为数MSPS；Σ-Δ 型ADC 的分辨 率则达到24 位甚至32 位，采样速率为数百kSPS。为了充分 利用高性能ADC 而不限制其能力，用户在降低信号链噪声方 面（例如实现滤波器）面临的困难越来越多。

本文讨论在ADC 信号链中实现模拟和数字滤波器以便达到最 佳性能所涉及到的设计挑战和考虑。如图1 所示，数据采集信 号链可以使用模拟或数字滤波技术，或两者的结合。精密SAR 型和Σ-Δ 型ADC 一般在第一奈奎斯特区进行采样，因此，本 文将着重讨论低通滤波器。本文的意图不是讨论低通滤波器的 具体设计技术，而是讨论其在ADC 电路中的应用。

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<strong>作者：Stephen T. English和Etienne Moulin</strong>

简介
本应用笔记介绍基于ADE7761的电表设计。这种电表针对单相两线分配系统而设计。

ADE7761是一种用于电能计量的低成本、单芯片解决方案。该产品是ADI公司众多电表解决方案中的新成员。该设计采用一套高精度ADC系统，此系统由基准电压源和四个模数转换器组成。ADE7761中内置一个集成振荡器，可提供系统时钟。此外，在固定功能DSP内还实现了各种功能。这种电表设计中融合了多项防窃电功能。ADE7761在两种故障情况下会继续测量功率。ADE7761会监控相位和零线电流。如果这两个电流之间的差值超过6.25%，就出现了故障情况。功率计算以两个电流中较大的一个为依据。若相位线还是零线上不存在电流，电表也会正确地计算功率。第二种故障模式是这种电表设计独有的。如果零线与电表断开连接，电表会进入零线断线故障状态。电表会根据电流输入继续计电，只是少了电压输入。请参见ADE7761数据手册。

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<strong>Frederik Dostal ADI公司 </strong>

数字电源可用于实现许多很有意思的功能。借助可编程调节环路，可在不同工作条件下获得更佳的环路特性。电源与完整系统的数字连接可实现电压和电流的精确监控。此外，数字电源还提供高灵活性。可以相当快的速度修改不同参数。这简化了电路设计过程并加快了系统衍生产品的开发。

当然，许多电源专家仍然对采用数字电源有一些抗拒。电源设计人员通常不是经验丰富的软件工程师。但在数字电源项目中，通常会在开发团队中增加一名软件工程师。经验表明，由电源专家和软件专家共同开发电源可能会产生一些复杂问题。这两者之间的交流可能导致误解，并最终导致项目延期。

图形用户界面(GUI)是这种困境的一种解决方案。因为GUI可简化数字电源的编程。许多数字控制器IC供应商均提供GUI。通常，GUI的设计方式能够使电源专家直观地使用它们。图1显示了这样的图形用户界面。您可用鼠标选择电源的不同方面，在屏幕上的不同功能框图中进行不同的设置。

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<strong>电路功能与优势</strong>

图1所示电路提供非接触式AMR(各向异性磁阻)线性位置测量解决方案，在0.5英寸范围内具有2密耳(0.002英寸)精度。该电路适合高速、精确、非接触式长度和位置测量应用。电路提供全部必要的数字调理，包括仪表放大器、缓冲器和双通道ADC，可高效处理AMR传感器的低电平电桥输出。使用该电路可获得业界领先的位置测量解决方案，适用于阀门和流量测量、机床速度控制、电机速度测量和其他工业或汽车应用。

<center><img src="http://adi.eetrend.com/files/2017-01/wen_zhang_/100004673-15213-pingmuk…; alt="磁阻线性位置测量系统(原理示意图： 未显示去耦和所有连接)"></center>

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<strong>电路功能与优势</strong>

图1中的电路是一个完全隔离、鲁棒、4通道数据采集系统，提供16位、无噪声代码分辨率和高达42 kSPS的自动通道开关速率。由于在多路复用信号链上选择了独特的快速建立时间元件，因而42 kSPS开关速率下的通道间串扰低于15 ppm FS(低于−90 dB)。

该电路获取并数字化标准工业信号电平，包括：±5 V、±10 V、0 V至10 V和0 mA至20 mA。输入缓冲器还提供过压保护，从而消除了传统肖特基二极管保护电路的相关漏电流误差。

本电路的应用包括过程控制(PLC/DCS模块)、电池测试、科学多通道仪器和色谱仪。

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<strong>Brendan Cronin 营销工程师 ADI公司</strong>

<strong>电路描述</strong>

许多现代工业和仪器仪表系统可以接入多个不同电源，最常见的是15 V用于模拟电路，3 V或5 V用于数字逻辑。其中大部分应用要求输出以10 V摆幅驱动外部大负载。本文讨论为这些应用选择数模转换器(DAC)时遇到的各种权衡因素，并且提出了详细的电路原理图。

可编程逻辑控制器(PLC)、过程控制或电机控制等工业应用中的模拟输出系统，需要0 V至10 V或10 V以上的单极性或双极性电压摆幅。一种可能的解决方案是选择能够直接产生所需输出电压的双极性输出DAC。还有一种解决方案是使用低压单电源(LVSS)DAC，将其输出电压放大至所需输出电平。为了选择最适合应用的方法，用户必须了解输出要求，并且知道每种方案的优势或不足。

能够直接产生所需输出摆幅的双极性DAC具有多项值得考虑的优势和不足。主要优势包括：

* 简单。电路板的设计得以简化，因为所需的0 V至10 V或10 V以上输出电平可直接通过硬件或软件配置获得。此外，其通常会集成故障保护模式，因而可简化系统设计。

ADI ADP5091是一款能量采集DC-DC转换器。本演示展示了这款产品是如何高效进行DC-DC转换的。电路板测量输入电流和电压，以及充电电流和电压。

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<strong>作者：Miguel Usach</strong>

<strong>典型DPD应用</strong>

模数转换器(ADC)中集成的缓冲器和放大器通常是斩波型。有关这种斩波实现的例子，可参见AD7124-8和AD7779数据手册。需要这种斩波技术来最大程度地降低放大器的失调和闪烁噪声(1/f)，因为与其他工艺(如双极性工艺)相比，CMOS晶体管噪声高，难以匹配。通过斩波，放大器的1/f和失调转换到较高频率，如图1所示。

<center><img src="http://adi.eetrend.com/files/2017-01/wen_zhang_/100004606-15035-pingmuk…; alt="闪烁噪声(1/f)与斩波"></center>

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<strong>应用</strong>

* 为处理器、特定应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列
* (FPGA)和射频(RF)芯片组供电
* 便携式仪器仪表和医疗设备
* 空间受限设备

<strong>概述</strong>

ADP5134集成两个高性能降压稳压器和两个低压差稳压器(LDO)，采用24引脚、4 mm x 4 mm LFCSP封装。降压稳压器的高开关频率支持小型多层外部器件，并使电路板空间降至最小。当MODE引脚设置为高电平时，降压稳压器以强制脉冲宽度调制(PWM)模式工作。当MODE引脚设置为低电平时，如果负载高于预定义阈值，则降压稳压器以PWM模式工作；当负载电流降至预定义阈值以下时，稳压器以省电模式(PSM)工作，以便改善轻负载效率。

为降低输入电容要求，两个降压稳压器以错相工作。ADP5134 LDO稳压器的低静态电流、低压差和宽输入电压范围可延长便携式设备的电池使用时间。在频率高达10 kHz时，ADP5134 LDO稳压器能保持60 dB以上的电源抑制性能，而所需的电压裕量则很低(500 mV)。