ADC在數據采集系統中的研究及應用

輸入濾波電路的要求

輸入濾波器件采用差分輸入結構，通常不需要輸入緩沖放大器。如MAX11046系列產品具有極高的輸入阻抗，可以直接與低阻傳感器連接。例如，CT和PT測量變壓器阻抗相對較低(10Ω~50Ω)，因此，可以直接通過簡單的低通濾波器連接到MAX11046輸入級，如圖3所示。

圖3 MAX11046系列器件輸入電路

為了保持DAS的精度，選擇正確的RSOURCE和CEXTERNAL非常關鍵。RSOURCE電阻必須為金屬膜電阻，精度為1%或更高精度，還應具有較低的溫度系數。建議選擇一些知名廠商如ROHM或Vishay提供的組件。

為了達到最佳效果，CEXTERNAL電容應選擇陶瓷電容。這些電容能夠在較寬的溫度和電壓范圍內保持其標稱值，Kemet或Samsung等公司可提供這類高性價比的SMT器件。

ADC基準選擇

ADC基準的選擇對于整個DAS的性能非常重要，并且與ADC的分辨率和精度要求密切相關。在整個溫度范圍內保持合理的溫漂和初始精度非常關鍵。以MAX11046為例，1 LSB=62.5µV。MAX11046內部基準的溫漂為±10ppm/℃。在50℃整個溫度范圍內，基準漂移可達±500ppm或±2.048mV(±33LSB)。在對溫漂要求比較嚴格的應用中，最好使用外部低溫漂基準，如MAX6341(1ppm/℃)。使用外部基準時，MAX11046的基準輸入電流僅為±10µA。串聯型基準的輸出電流可達10mA，因此，單個基準器件可以為多個高性能ADC提供參考，從而消除不同器件之間的基準差異。

PCB設計和布板考慮

采用低通濾波器進行噪聲抑制

在任何時候電力線上都會存在相當客觀的噪聲/干擾。噪聲主要來自線纜/傳輸系統，是電容/電感將外部噪聲源耦合到了電力線上。噪聲和干擾還與電力線的動態特性有關。如圖1所示，每個CT和PT隔離/測量變壓器的工作頻率為50Hz/60Hz。實際上，這些變壓器具有很寬(100kHz)的帶寬，僅對100kHz或更高頻率的信號提供衰減/濾波。

另外一個重要的噪聲/干擾源來自PCB上DAS系統的電子組件。這些組件包括CPU和電源子系統，特別是在使用開關電源的情況下。這意味著ADC的每個輸入通道都需要一個抗混疊濾波器和噪聲抑制低通濾波器。濾波組件應該盡可能靠近ADC輸入放置。

利用接地和屏蔽措施保持信號完整性

從連接器到ADC輸入承載信號的PCB引線會受噪聲、干擾以及通道間串擾的影響，對這些模擬信號線采取特殊的接地和信號屏蔽措施將直接影響輸入信號的完整性。圖4給出了一個保護模擬信號的PCB布線示例。

圖4 從連接器到MAX11046模擬輸入的路徑

注意，MAX11046具有極高的通道間隔離度，為了獲得高隔離度，采用了共面微帶線結構。

PCB布線通用規則

在多通道、同時采樣DAS應用中，為了獲得最佳性能，需要遵循幾項重要的PCB布線規則：

• 使用有地層的PCB板。

• 確保模擬、數字線路相互分離。

• 不要將數字信號線和模擬信號線并行布線。

• 避免在ADC封裝的下方鋪設數字信號線。

• 采用獨立的地層，數字信號分布在一側，模擬信號分布在另一側。

• 保持電源的地回路具有較低阻抗并保持盡可能短的引線，以便達到無噪聲工作。