|如何提高电力线监控应用的系统级性能和可靠性
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 。
本文插图
图1. 典型的电力线监控应用中的AD7606B
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21V模拟输入箝位保护电路、具备5MΩ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SARADC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 。
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：
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 。
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 N（一般为5MΩ） ， 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 。
【|如何提高电力线监控应用的系统级性能和可靠性】
本文插图
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 。
本文插图
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 。
本文插图
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 。
本文插图
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：
每个通道上的过压/欠压比较器 。
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 。
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 。
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 。
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 。
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 。
推荐阅读
- 小龙虾|三农探析：池塘养殖小龙虾如何高产？高产养殖技术全解析
- 菜籽饼|菜籽饼被誉为果园之宝，但用错了烧苗烧根，果农如何来使用？
- 水产养殖|生态水产养殖如何提高鱼病的预防工作？大疆渔业这样建议
- 多给孩子吃的家常菜，营养又补钙，提高免疫力，身体强壮少生病
- 红蜘蛛|防治红蜘蛛与蚜虫，阿维菌素与哪种农药复配，可以提高防治的效果
- 瘦肉精|如何避开 315曝光的瘦肉精问题肉？
- 美国_军事|那个帮美国破解北斗卫星的清华才女高杏欣，13年过去了，近况如何
- 花菜有人焯水，有人直接下锅炒，都错了，看饭店大厨是如何做的
- 如何晚上发面早上蒸？教你用冷藏发酵，一学就会，馒头包子特好吃
- 急性肠胃炎|急性肠胃炎是如何“起哄”的？这4个“不舒服”一出现，赶紧就医