电流采样

<strong>作者：Joseph Creech和 David Rice，ADI公司</strong>

<strong>摘要</strong>

本文详细介绍如何结合使用数字电位计及其他元件，其中重点说明了对于所有用例都极为重要的设计考虑因素和规格(用于确保设计人员获得最佳的系统性能)。本文还将论述结合使用数字电位计和其他元件(例如运算放大器)来创建灵活的多用途系统时应考虑到的重要设计考虑因素和规格。另外，本文还将探究数字电位计与传统电位计相比的设计优缺点。在本文中，还使用了许多实例来证明：数字电位计所能提供的改善比更传统的替代解决方案还要显著。例如，在运算放大器中，用数字电位计作为反馈电阻，可以使运算放大器的增益根据输入信号的幅度而交替。

作者：Ken Ye、Kerwin Yu和Aidan Frost

简介

AD7616是一款16位、具有双采样保持通道同步采样能力，成本和性能经过优化的2 × 8通道模数转换器(ADC)。双采保的ADC架构使得AD7616可以对16通道中的两个模拟通道进行同时采样。

这一功能对于电力应用来讲，可以用来对一对电压和电流通道进行同时采样，以便降低这一对输入之间的相位误差。

然而，在三相电力测量系统中，如果只有两个采保通道还不足以对六个模拟通道同时进行采样。在做三相功率计算的时候，三相电压电流的信号采样值由于非同时采样的原因会造成一定的相位角度误差而引起三相功率误差变大，而且这样的误差很难通过软件精确补偿，尤其是在谐波功率也需要被计算的时候。

本应用笔记介绍一种利用AD7616输入通道实现准同步采样的方法，用这种方法可以大大减少16个通道间由于非同步采样而引起相位误差，同时这个方法本身对绝大多数电力应用来并也不会减少幅值测量的精度。其将16个通道之间的相位失配降至最小。这种方法在最小化通道间相位失配的同时，不会降低幅度精度性能。

图 1 所示电路是一个双通道、库隔离、宽带宽数据采集(DAQ) 系统，采用同步采样架构，每通道使用一个模数转换器 (ADC)。该系统实现了高通道密度以及库和数字背板之间的隔离，而且性能优异。设计还将 ADC 配置为菊花链模式，并使用具有微调延迟时钟特性的隔离器产品，从而高效使用隔离通道。集成脉宽调制 (PWM) 控制器和变压器驱动器的隔离器在隔离栅上执行 DC/DC 转换，使电源生成也得到了简化。该系统还具有典型 DAQ信号链的许多常见特性，比如输入电路保护、可编程增益通道、高精度和高性能。

同步采样消除了多路复用 DAQ 信号链固有的多通道采样速率限制。模拟前端 (AFE) 设计也比多路复用方案简单，因为系统的建立时间性能要求有所降低。各通道同步采样，而顺序采样系统的通道之间会有延迟。

数字库隔离 DAQ 设计为数字后端电路提供了保护，减少了接地环路和库间共模干扰。每个接地层支持多个 DAQ信号链，所需的数字隔离器件比通道间隔离系统要少。

<strong>简介</strong>

从炼油厂到自动售货机等工业应用要求具有精确的温度、压力 和流量测量，以控制复杂以及简单过程。例如，在食品行业，产品装瓶和装罐的流量精确控制会直接影响利润，因此必须最大程度降低流量测量误差。类似地，封闭运输应用——比如石油工业中油罐和油罐车之间的原油和成品油交换——需要高精度测量。本文提供流量计技术概述，重点讨论液体流量测量中精度最高之一的电磁流量计。

图 1 显示采用流量计和执行器控制液体流速的基本过程控制系统。在最低的水平处，诸如温度、流速和气体浓度等过程变量通过输入模块监控，该模块通常是可编程逻辑控制器(PLC)的一部分。这些信息由比例-积分-微分(PID)环路在内部处理。PLC利用这些信息来设置输出，控制稳态过程。过程数据、诊 断和其他信息可向上传递至操作层，而命令、参数和校准数据可向下传递至传感器和执行器。

<strong>简介</strong>

任何高性能模数转换器(ADC)，尤其是射频采样ADC，输入或前端的设计对于实现所需的系统级性能而言很关键。很多情况下，射频采样ADC可以对几百MHz的信号带宽进行数字量化。前端可以是有源（使用放大器）也可以是无源（使用变压器或巴伦），具体取决于系统要求。无论哪种情况，都必须谨慎选择元器件，以便实现在目标频段的最优ADC性能。

射频采样ADC采用深亚微米CMOS工艺技术制造，并且半导体器件的物理特性表明较小的晶体管尺寸支持的最大电压也较低。因此，在数据手册中规定的出于可靠性原因而不应超出的绝对最大电压，将当前主流的射频采样ADC与之前的老器件相比，可以发现这个电压值是变小的。

在使用ADC对输入信号进行数字量化的接收机应用中，系统设计人员必须密切关注绝对最大输入电压。该参数直接影响ADC的使用寿命和可靠性。不可靠的ADC可能导致整个无线电系统无法使用，且更换成本也许非常巨大。

<font color="#FD8900">作者：Robert Kiely</font>

<strong>简介</strong>

本文阐释1/f噪声是什么，以及在精密测量应用中如何降低或消除该噪声。1/f噪声无法被滤除，在精密测量应用中它可能是妨碍实现最佳性能的一个限制因素。

<strong>什么是1/f噪声？</strong>

1/f噪声是一种低频噪声，其噪声功率与频率成反比。人们不仅在电子装置中观测到1/f噪声，在音乐、生物学乃至经济学中也观察到这种噪声1。关于1/f噪声的来源仍存在很大争议，人们就此仍在开展研究2。

在图1所示ADA4622-2运算放大器的电压噪声频谱密度中，我们可以看到有两个不同的区域。图1左边是1/f噪声区，右边是宽带噪声区。1/f噪声和宽带噪声之间的交越点称为1/f转折频率。

【视频】了解ADI强大的传感器系列为何拥有杰出的PWM抑制能力和杂散磁场抗扰度，使它们可以承受现实世界的干扰并可改进电机控制设计。

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<strong><a href="http://www.analog.com/cn/applications/markets/motor-control-pavilion-ho…，获取更多电机控制设计信息</a></strong>

<strong>简介</strong>

与一个精确时间同步的传感器精密采样，是建筑健康监控、可穿戴式设备、环境检测等各类无线传感器网络应用的要求。传感器数据采样由微控制器单元 (MCU) 支配。传统方法是利用MCU上的软件产生通用输入/输出 (GPIO) 脉冲，然后以特定间隔触发传感器收集数据。传统方法有两个问题。一是涉及到相当大的软件开销，这会提高功耗。二是脉冲触发取决于MCU软件，因此可能随着时间推移而发生漂移。

本应用笔记介绍ADI公司的SensorStrobe™机制，利用它可实现低功耗、一致、同步的传感器数据采集。ADuCM3027/ADuCM3029具备SensorStrobe机制。此机制支持与ADuCM3027/ADuCM3029 MCU相连的传感器实现时间同步的数据采样。

SensorStrobe解决了传统软件方法的问题，理由如下：

• 工作在休眠模式，功耗降低10倍以上。
• 设置之后无需软件干预。
• 脉冲触发机制独立于软件执行，即使在软件执行期间也能产生连续触发脉冲（且无漂移）。

<strong>作者：Martin Murnane和Igor S. Ono ADI公司</strong>

<strong>摘要</strong>

现代世界对环境友好型解决方案的持续关注促使多数公司重新思考其战略，设计新型或改进型方法和产品。发电工业也不例外，在该领域，太阳能和风能一直是用于发电的绿色能源的排头兵。鉴于这些绿色能源大都多变不稳定，业界一直在改进利用它们发电的方法，其中一个基本要点就是提高直流 (dc) 与交流 (ac) 之间的能源转换效率，以减少发电损失。为此，业界设计了采用改进型逆变器（尤其是中性点钳位 (NPC) 逆变器）的方法，并在太阳能和风能发电厂进行了部署。NPC用于光伏 (PV) 面板上，相比其他方法拥有多种优势，但在几个方面还有改进余地。事实表明，增加其电平数，实施更复杂的控制方法，采用更快的功率控制环路，在逆变器的实现中都是有必要的。

<strong>简介</strong>

<strong>作者：Jeff Watson 和 Maithil Pachchigar</strong>

<strong>简介</strong>

越来越多的应用要求数据采集系统必须在极高环境温度下可靠地工作，例如井下油气钻探、航空和汽车应用等。虽然这些行业的最终应用不尽相同，但某些信号调理需求却是共同的。这些系统的主要部分要求对多个传感器进行精确数据采集，或者要求高采样速率。此外，很多这样的应用都有很严格的功率预算，因为它们采用电池供电，或者无法耐受自身电子元件发热导致的额外升温。因此，需要用到可以在温度范围内保持高精度，并且可以轻松用于各种场景的低功耗模数转换器 (ADC) 信号链。这类信号链见图1；该图描绘了一个井下钻探仪器。

虽然额定温度为175°C的商用IC数量依然较少，但近年来这一数量正在增加，尤其是诸如信号调理和数据转换等核心功能。这便促使电子工程师快速可靠地设计用于高温应用的产品，并完成过去无法实现的性能。虽然很多这类IC在温度范围内具有良好的特性化，但也仅限于该器件的功能。显然，这些元件缺少电路级信息，使其无法在现实系统中实现最佳性能。