資料介紹
CN0185 該電路可以用于隔離電壓監(jiān)控,也可用于需要監(jiān)控分流電阻兩端電壓的電流檢測應用。系統(tǒng)輸入信號的要求參見AD7400A數(shù)據(jù)手冊。
如果用ADuM6000代替ADuM5000,則整個電路的隔離額定值為5 kV。
如有需要,可用ADP1720或ADP7102線性穩(wěn)壓器代替ADP3301。 用+6 V電源使電路上電后,可以利用信號發(fā)生器和示波器輕松評估該電路。
設備要求(可以用同等設備代替)
需要以下設備:
多功能校準儀(直流源):Fluke 5700A
數(shù)字萬用表:Agilent 3458A,8.5位
頻譜分析儀:Agilent 4396B
函數(shù)發(fā)生器:Agilent 33250A
+6 V電源
設置與測試
線性度測量設置的框圖如圖4所示。+6 V電源連接到EVAL-CN0185-EB1Z電源引腳。
直流輸入電壓利用Fluke 5700A產生,使用Agilent 3458A DVM測量輸出。Fluke 5700A的直流輸出以1 mV步進從1 mV提高到250mV,并記錄數(shù)據(jù)。
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圖4. 用于測量線性度的CN-0185電路測試設置
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為了測量頻率響應,按照圖5所示連接設備。首先將函數(shù)發(fā)生器33250A設置為0直流偏移的40 mV峰-峰值正弦波輸出,然后利用頻譜分析儀4396B掃描100 Hz至500 kHz的信號頻率,并記錄數(shù)據(jù)。
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圖5. 用于測量頻率響應的CN-0185電路測試設置
? 圖1顯示的是電路的框圖。模擬輸入由Σ-Δ型調制器AD7400A以10 MSPS進行采樣。22 Ω電阻和0.1 μF電容構成一個截止頻率為145 kHz的差分輸入降噪濾波器。AD7400A的輸出為隔離的1位數(shù)據(jù)流。量化噪聲由一個二階Σ-Δ型調制器整形,將噪聲移動到較高頻率(參見教程MT-022)。
為了重構模擬輸入信號,數(shù)據(jù)流之后應連接一個ADG849開關,并將其與3 V ADR443基準電壓源相連,以便穩(wěn)定MDAT的峰峰值輸出。
隨后,信號通過有源濾波器濾波,該濾波器階數(shù)高于調制器階數(shù)。為了更好地衰減噪聲,使用一個四階切比雪夫濾波器。當濾波器階數(shù)相同時,相比于其它濾波器響應(巴特沃茲或貝塞爾),切比雪夫響應提供最為陡峭的滾降。該濾波器利用雙通道、軌到軌輸入和輸出、低噪聲、單電源運算放大器AD8646來實現(xiàn)。
ADuM5000是一款基于ADI公司iCoupler?技術的隔離式DC/DC轉換器,用于為電路的隔離端(包含AD7400A)提供電源。isoPower?技術利用高頻開關元件,通過芯片級變壓器傳輸功率。
本電路必須構建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實現(xiàn)最佳性能,必須采用適當?shù)牟季?、接地和去耦技術(請參考教程MT-031——“實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉換器的接地并解開AGND和DGND的謎團”、教程MT-101——“去耦技術” 和ADuC7060 / ADuC7061)評估板布局布線。設計印刷電路板(PCB)布局布線時應特別小心,必須符合相關輻射標準以及兩個隔離端之間的隔離要求。(參見應用筆記 AN-0971。)
為了避免過驅AD8646,輸入信號應低于AD8646的電源電壓(5 V)。AD7400A的輸出為1和0的數(shù)據(jù)流,幅度等于AD7400A VDD2電源電壓。因此,VDD2數(shù)字電源為線性穩(wěn)壓器 ADP121 提供的3.3 V電壓。或者,如果VDD2使用5 V電源,則數(shù)字輸出信號應經過衰減后才能連接到有源濾波器。無論何種情況,電源都應進行適當調節(jié),因為最終的模擬輸出與VDD2直接成正比。
圖1所示電路的5 V電源由5 V線性穩(wěn)壓器ADP3301 提供,它接受5.5 V至12 V的輸入電壓。
模擬有源濾波器設計
低通濾波器的截止頻率主要取決于電路所需的帶寬。截止頻率與噪聲性能之間存在取舍關系,如果提高濾波器的截止頻率,則噪聲會增加。在本設計中尤其如此,因為Σ-Δ型調制器對噪聲進行整形,將很大一部分移動到較高頻率。本設計選擇100kHz的截止頻率。
對于給定的截止頻率,濾波器的過渡帶越小,則濾波器通過的噪聲越少。在所有濾波器響應中(巴特沃茲、切比雪夫、貝塞爾等),本設計之所以選擇切比雪夫響應,是因為在給定濾波器階數(shù)下,它的過渡帶較小,但代價是瞬態(tài)響應性能略差。
該濾波器是一個四階濾波器,由兩個采用Sallen-Key結構的二階濾波器組成。該濾波器的設計使用了模擬濾波器向導和Ni?Multisim工具。所有的參數(shù)包括:
濾波器類型=低通、切比雪夫,0.01dB紋波
階數(shù) = 4
Fc = 100 kHz,Sallen-Key(為清晰起見,采用更新格式)
除了反饋電阻降至22Ω外,全部使用程序生成的推薦值。
測量
AD7400A的增益為5.15,輸出偏移電壓為1.65 V(采用3.3 V電源供電時)。0 V的差分信號產生1和0的數(shù)字位流,1和0各占50%的時間。數(shù)字輸出電源為3.3V,因此,濾波后會有1.65 V的直流偏移。在理想狀態(tài)下,320 mV的差分輸入生成全1的數(shù)據(jù)流,濾波后產生3.3 V直流輸出。因此,AD7400A的有效增益為:
增益= (3.3 ? 1.65)/0.32 = 5.15625
通過測量,實測偏移為1.641497 V,增益為5.165。系統(tǒng)的直流傳遞函數(shù)如圖2所示。實測線性度為0.0465%。
圖2. 系統(tǒng)直流傳遞函數(shù)
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圖3顯示無直流失調電壓的輸出電壓與輸入頻率的關系。輸入信號電壓為40 mV p-p,可產生40 × 5.165 = 207 mV p-p的輸出信號。注意,頻率響應函數(shù)中約有10 mV的峰化,相當于大約0.42 dB。
該系統(tǒng)具有良好的噪聲性能,1 kHz時的噪聲密度為2.50 μV/√Hz,10 kHz時為1.52 μV/√Hz。
有關本電路筆記的完整設計支持包,請參閱http://www.analog.com/CN0185-DesignSupport。
圖3. 40 mV p-p輸入信號的電路頻率響應
? CN0185 采用隔離式Σ-Δ型調制器、隔離式DC/DC轉換器和有源濾波器的新型模擬/模擬隔離器 圖1所示電路是一種完整的低成本模擬/模擬隔離器解決方案,它提供2500 V rms的隔離值(1分鐘,符合UL 1577標準)。
該電路基于 AD7400A——一款二階Σ-Δ型調制器,提供數(shù)字隔離的1位數(shù)據(jù)流輸出。隔離模擬信號利用一個基于雙通道、低噪聲、軌到軌運算放大器 AD8646 的四階有源濾波器恢復。 ADuM5000 用作隔離端的電源,兩端完全隔離,系統(tǒng)僅使用一個電源。該電路具有0.05%的線性度,并能獲益于調制器AD7400A和模擬濾波器提供的噪聲整形。該電路的應用包括電機控制和電流監(jiān)控,同時它還能有效替代基于光隔離器的隔離系統(tǒng)。
圖1. 采用AD7400A的模擬隔離器(原理示意圖:未顯示去耦和所有連接)
? CN0185 圖1所示電路是一種完整的低成本模擬/模擬隔離器解決方案,它提供2500 V rms的隔離值(1分鐘,符合UL 1577標準)。
該電路基于 AD7400A——一款 CN0185 | circuit note and reference circuit info 采用隔離式Σ-Δ型調制器、隔離式DC/DC轉換器和有源濾波器的新型模擬/模擬隔離器 | Analog Devices
- 模擬至模擬隔離
- 提供信號和電源隔離
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