MAX11040 24位同时采样Σ |
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摘要：本应用笔记重点介绍了同时采样Σ-Δ ADC MAX11040的关键特性，讨论了四通道同时采样、独立设置各通道相位延时、8片转换器级联以及低电平有效的故障和溢出指示信号的使用。本文给出了利用评估(EV)板得到的测试数据。
四通道同时采样MAX11040集成了四个24位Σ-Δ ADC，能够实现四个通道的同时采样。多路复用Σ-Δ ADC不能保持相位完整性，MAX11040则不同，它不仅记录相位信息而且允许用户对每个独立通道的相位进行设置。 图1显示了同一模拟信号(零相位延时)作用到四个ADC输入端时所产生的采样数据。 图1. 同一正弦波作用到MAX11040的四个输入端，同时采样输出如右侧所示 独立设置每个通道的相位延时用户可以分别设置每路ADC的相位延时，最大延时为333µs，步进值为1.33µs。通过设置ADC通道的相位延时，用户可以消除信号路径上由滤波器、延时线等引起的固有延迟，延时的步进调节低于数据速率。 图2显示了零相位延时的采样输出和改变相位延时后的采样输出。两种情况下，所有四个输入端作用同一信号源。 图2. 同一正弦波作用到MAX11040的四个输入端。图2A所示为零相位延时情况下四个通道的同时采样输出；图2B所示为更改相位延时后，四个通道的同时采样输出 8片器件的级联如果四个采样通道不能满足某些应用的需求，则可级联多片MAX11040，最多可级联8片转换器实现32个通道的同时采样。这一功能对于EEG (监测脑电波)等需要对多个通道进行同时采样的应用十分理想。 图3给出了器件配置。 第一颗芯片的/CASCOUT信号送入第二颗芯片的/CASCIN；第二颗芯片到第三颗芯片以及后续芯片的配置与此类似。最后一颗芯片的/DRDYOUT输出指示所有芯片的数据转换就绪。 第一颗芯片的CLKOUT信号送入所有其它芯片的XIN引脚。 /FAULT和/OVRFLW按照“线或”逻辑连接在一起。 图3. MAX11040级联配置，最多可级联8片故障和溢出指示信号一旦输入超出VREF的±0.88%或大于6V，MAX11040将产生低电平有效的溢出和故障报警信号，这一功能对于需要饱和报警或过压(OV)保护的应用十分重要。 图4说明了快速变化输入的情形；图5说明了慢速变化输入的情形。对于高速信号，低电平有效的溢出和故障报警输出几乎同时发生跳变。值得注意的是：从信号跨越门限到低电平有效的溢出和故障报警信号置低，存在一个响应时间。同样，在信号返回高电平之前存在一个恢复时间。 图4. 高频模拟输入的OV检测和在快变化输入情况下的恢复时间 图5. 高频模拟输入的OV检测和慢变化输入时的恢复时间 测试数据举例以下数据是对MAX11040评估板进行测试得到的。 同时采样、可编程相位延时和器件级联配置图6给出了两片ADC的应用电路图，电路配置能够设置不同的相位延时。8个输入端(每片4个输入端)作用相同的120Hz、4VP-P交流信号。每个输入通道的相位延时用以下代码设置： CH1 0 0 0µs CH2 36 36 46.88µs CH3 2 × 36 72 93.75µs CH4 3 × 36 108 140.62µs CH1 4 × 36 144 187.50µs CH2 5 × 36 180 234.38µs CH3 6 × 36 216 281.25µs CH4 7 × 36 252 328.12µs图6. 各种相位延时输入到两片MAX11040模数转换器 图7和图8给出了图6所示两片MAX11040的数据采集结果。从结果可以看出，虽然同一信号作用到所有输入端，但由于设置的相位延时不同，所以输出波形的相位也不同。 详细波形(PDF, 279KB)图7. 图6所示两片ADC的数据采样结果 详细波形(PDF, 269KB)图8. 图7放大后的波形 故障和溢出检测(辅助应用)如果设计人员需要使用低电平有效的溢出或故障报警信号作为中断，硬件电路中需要加入一个D触发器或使用内部锁存器。当溢出或故障报警信号触发/SD引脚时，信号将被锁存。中断控制器也可以通过驱动/RD引脚产生复位信号(图9)。 图9. 溢出和故障报警信号锁存 从以上对MAX11040关键特性的讨论可以看出，该芯片非常适合以下应用： 三相 + 零相功率测量和监测通过电压和电流变压器将电压降至可接受的电平，两片MAX11040级联后监测三相和零相的电压、电流信号。由于Σ-Δ ADC具有24位精度，MAX11040有足够的采样率监测24次以上的谐波(工业标准)。ENOB接近18位，采集电气噪声以及较大的瞬变信号有助于判断电网质量。同过调整相位延时能够补偿相移产生的功率因数偏差。另外，也可以很容易地检测到溢出和故障报警状态。EEG/EKG信号监测 动态范围较宽时，可以禁止第二级放大电路，以降低元器件数量和成本，提高系统可靠性。由于采用了具有五阶调制器的Σ-Δ架构，MAX11040能够提供由于SAR及其它架构的噪声指标。该器件可以提供32个通道的同时采样，并可调整个通道的相位，用于监测脑电波的各个部分。 |
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