本文檔主要側重于通過工業傳感器和高性能 ADC 的最佳集成來實現高性能數據采集系統 (DAS)。高性能 ADC 在其設計中采用 Sigma-Delta 架構是可能的。該參考設計將探討 Maxim 的 MAX11040K 以及所需的最佳性能所需的正確原理圖和組件。

許多新的高級工業應用需要高性能數據采集系統 (DAS) 和多個傳感器之間的接口。當該接口需要多通道高精度幅度和相位信息時，這些工業應用可以利用MAX11040K等極高動態范圍、同步采樣、多通道ADC。

高速 Sigma-Delta 架構的優勢

以圖 1 所示的高級三相電力線監控/測量系統為例。這些工業應用需要在高達 117dB 的寬動態范圍內進行精確的同步多通道測量采樣率高達 64ksps。為了優化系統精度，來自傳感器（例如圖 1 中的 CT 和 PT 變壓器）的信號應適當“調節”以滿足 ADC 輸入范圍，并確保 DAS 特性能夠實現符合國際標準的測量。

圖 1 說明了兩個 MAX11040K ADC 可以同時測量三相和零線電壓以及電流。ADC 基于 sigma-delta 架構，該架構使用過采樣/平均過程來實現高分辨率。每個 ADC 通道使用專用的開關電容器 Sigma-Delta 調制器對其輸入執行模數轉換。調制器將輸入信號轉換為低分辨率數字數據，其平均值表示 24.576MHz 時鐘下 3.072Msps 的數字化信號信息。然后將此數據流呈現給內部數字濾波器進行處理以去除任何高頻噪聲。這些操作的結果是一個高分辨率的 24 位輸出數據流。

MAX11040K 還是一款 4 通道同步采樣 ADC，其輸出數據代表處理后的平均值。不能像逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 那樣將這些值視為“瞬時”值。

電力線應用中

的ADC 性能要求 此應用中 CT（電流）和 PT（電壓）傳感器變壓器的輸出通常為 ±10V 或 ±5V 峰峰值 (VP-P)。MAX11040K 的 ±2.2VP-P 輸入范圍低于 CT 和 PT 變壓器的這些典型輸出。然而，有一種簡單且經濟高效的方法可以用 MAX11040K 的較低輸入范圍來適應變壓器的 ±5V 或 ±10V 范圍。如圖 2 所示。

連接到通道 1 的電路代表單端設計。在這種配置中，變壓器的一側接地，信號調節由一個簡單的電阻分壓器和電容器實現。

如果共模噪聲（兩個 ADC 輸入的噪聲相同）是一個嚴重問題，則建議采用連接到通道 4 的電路所示的差分設計。通過在該設計中利用 MAX11040K 的真正差分輸入，噪音影響減少。

結論

使用Maxim 的MAX11040K ADC 可以實現高性能的多通道數據采集系統(DAS)，該ADC 在其系統中采用sigma-delta 架構。這將非常適用于高度需要適當信號調節的“智能”電網監控系統。

編輯：hfy