ZHCY211 December 2024 AMC0106M05 , AMC0106M25 , AMC0136 , AMC0311D , AMC0311S , AMC0386 , AMC0386-Q1 , AMC1100 , AMC1106M05 , AMC1200 , AMC1200-Q1 , AMC1202 , AMC1203 , AMC1204 , AMC1211-Q1 , AMC1300 , AMC1300B-Q1 , AMC1301 , AMC1301-Q1 , AMC1302-Q1 , AMC1303M2510 , AMC1304L25 , AMC1304M25 , AMC1305M25 , AMC1305M25-Q1 , AMC1306M05 , AMC1306M25 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC131M03 , AMC1336 , AMC1336-Q1 , AMC1350 , AMC1350-Q1 , AMC23C12 , AMC3301 , AMC3330 , AMC3330-Q1
- 1
- 引言
- 隔離式信號鏈簡介
- 選擇樹
- 電流檢測
- 電壓感測
- EMI 性能
- 終端設備
- 其他參考設計/電路
| ISO224 輸入電壓 | ISO 輸出、ADC 輸入 (VOUTP - VOUTN) | 數字輸出 ADS7945 |
|---|---|---|
| +12V | +4V | 1999H |
| -12V | -4V | E666H |
| 電源和基準電壓 | ||
|---|---|---|
| VDD1 | VDD2 和 AVDD | REF5050 外部基準 |
| 15V | 5V | 5V |
設計說明
此電路利用 ISO224 隔離式放大器和 ADS745 SAR ADC 執行 ±12V 隔離式電壓檢測測量。ISO224 可以測量具有 ?V/V 固定增益的 ±12V 真差分信號，并且產生輸出共模電壓為 VDD2/2 的隔離式差分輸出電壓。ADS7945 是一款全差分輸入 ADC，其滿標度輸入電壓為 ±VREF，共模輸入電壓為 VREF/2 ±200mV。選擇 +5V 基準電壓，可使 ADS7945 接受來自 ISO224 的滿標度輸出和共模輸出。與單端轉換相比，使用全差分輸入 ADC 采集 ISO224 輸出可將系統動態范圍翻倍。許多高電壓工業應用，如 保護繼電器、通道間隔離式 ±10V 模擬輸入卡 以及逆變器和電機控制。此設計中的組件選擇公式和說明可根據系統規格和需求進行定制。
規格
| 規格 | 計算值 | 仿真值 |
|---|---|---|
| 100ksps 時的瞬態 ADC 輸入趨穩 | 305μV | 11μV |
| 調節信號范圍 | ±4V | ±4V |
| 噪聲（輸入端） | 1.9mVRMS | 1.73mVRMS |
| 閉環帶寬 | 175kHz | 185kHz |
設計說明
- 由于 ADS7945 具有低功耗特性和兼容 ISO224 的模擬輸入結構，因此選擇該器件。
- 驗證系統線性運行是否具有所需的輸入信號范圍。此驗證通過使用直流傳輸特性選擇中的仿真來執行。
- 選擇適合 CFILT 的 COG 電容器以更大限度減少失真。
- 了解和校準 ADC 系統的失調電壓和增益 介紹了誤差分析的方法。請查看該鏈接，了解更大限度減少增益誤差、失調電壓誤差、漂移誤差和噪聲誤差的方法。
- TI 高精度實驗室 - ADC 培訓視頻系列介紹了選擇電荷桶電路 RFILT 和 CFILT 的方法。此類組件值取決于放大器帶寬、數據轉換器采樣速率以及數據轉換器設計。此處所示的規格值可為本示例中的放大器和數據轉換器提供良好的趨穩和交流性能。如果改動了設計，必須選擇其他的 RC 濾波器。請參閱 SAR ADC 前端元件選擇簡介，了解如何選擇 RC 濾波器以實現最佳的趨穩和交流性能。
元件選型
- 根據輸入電壓范圍選擇隔離放大器并確定輸出共模電壓和輸出電壓范圍：
- ±12V 單端輸入范圍
- ? 的固定增益，可實現 ±4V 的差分輸出
- +2.5V 的輸出共模電壓
- 4.5V 至 18V 高側電源，4.5V 至 5.5V 低側電源
- 輸入失調電壓：25°C 時為 ±5mV，±42μV/°C（最大值）
- 增益誤差：25°C 時為 ±0.3%，±50ppm/°C（最大值）
- 非線性度：±0.01%（最大值），±1ppm/°C
- 1.25MΩ 的高輸入阻抗
- 選擇具有合適的共模和差分輸入范圍的 ADC，以匹配 ISO224 的 +2.5V 共模輸出和 ±4V 差分輸出：
- ±5V（最大值）模擬輸入范圍
- 由正負電壓基準設置的滿標度輸入范圍
- 輸入共模范圍為 VREF/2 ±0.2V
- 2.7V 至 5.25V 電源電壓
- 2Msps 時具有 84 的高 SNR、11.6mW 的低功耗
- 選擇支持共模約束的電壓基準，該共模約束由 ISO224 的 2.5V 共模輸出電壓和 ADS7945 的 VREF/2 ±0.2V 共模輸入電壓設置。這意味著基準輸出電壓必須為 5V、低噪聲，并且最好具有可配置輸入電壓：
- 5-V 輸出
- 5.2V 至 18V 輸入電源電壓
- 3μVPP/V 噪聲
- 選擇 R1FILT、R2FILT 和 CFILT 以實現輸入信號的趨穩以及 100ksps 的采樣率：
優化 RFILT 和 CFILT 值（TI 高精度實驗室視頻）介紹了選擇 RFILT 和 CFILT 的方法。經證實，120Ω 和 510pF 的最終值可確保在采集窗口時間內趨穩至遠低于最低有效位 (LSB) ? 的位置。
直流傳輸特性
下圖所示為 ±15V 輸入的仿真輸出。所需線性范圍：輸入為 ±12V 時，輸出為 ±4V。此仿真顯示線性輸出范圍大約為 ±4.6V，遠遠超出要求。
傳遞函數顯示 ISO224 增益為 ?（即增益 · VIN = VOUT，(?)·(12V) = 4V）。
瞬態 ADC 輸入穩定仿真
以下仿真顯示了采集時間為 9.6μs 的瞬態趨穩結果。11μV 趨穩誤差完全處于 305μV 的 0.5 × LSB 限制范圍內。請參閱優化 Rfilt 和 Cfilt 值，了解有關此主題的詳細理論。
噪聲仿真
以下噪聲計算僅考慮 ISO224 的噪聲。ISO224 噪聲遠高于電路中其他噪聲源的噪聲，因此總噪聲可以按 ISO224 噪聲進行估算。對于 B 級也可使用同樣的方法。
仿真噪聲高于預期的計算噪聲。此差異是由仿真模型中的噪聲峰值造成。計算中未包括噪聲峰值。請參閱計算 ADC 系統的總噪聲 了解有關此主題的詳細理論。
設計中采用的器件
| 器件 | 主要特性 | 鏈接 | 類似器件 |
|---|---|---|---|
| ISO224 | 具有 ±12V 單端輸入范圍、? 的固定增益，可實現 ±4V 差分輸出，輸出共模電壓為 +2.5V，高側電源電壓為 4.5V 至 18V，低側電源電壓為 4.5V 至 5.5V，輸入失調電壓：25°C 時為 ±5mV，±42μV/°C（最大值），增益誤差：25°C 時為 ±0.3%，±50ppm/°C（最大值），非線性度：±0.01%（最大值），±1ppm/°C，并具有 1.25MΩ 的高輸入阻抗 | www.cqwzaes.cn/product/cn/ISO224 | www.ti.com/isoamps |
| ADS7945 |
具有 ±5V 最大模擬輸入范圍、由正負電壓基準設置的滿標度輸入范圍、VREF/2 ±0.2V 的輸入共模范圍、2.7V 至 5.25V 的電源電壓，并且在 2Msps 時具有 84 的高 SNR 和 11.6mW 的低功耗 |
www.cqwzaes.cn/product/cn/ADS7945 | http://www.ti.com/opamps |
| REF5050 | 3ppm/°C 漂移、0.05% 初始精度、4μVpp/V 噪聲 | www.cqwzaes.cn/product/cn/REF5050 | http://www.ti.com/vref |
設計參考資料
有關 TI 綜合電路庫的信息，請參閱模擬工程師電路手冊。
主要文件鏈接
請參閱 TINA 文件，獲取隔離式設計的信息。