摘 要： 本文首先介紹了真有效值數(shù)字電壓表的基本原理，然后闡述LTC1966 TRMS／DC轉(zhuǎn)換器工作原理，給出由LTC1966構(gòu)成的多量程真有效值數(shù)字電壓表電路。

　　關(guān)鍵詞： 真有效值；TRMS／DC轉(zhuǎn)換器；D-S調(diào)制器；數(shù)字電壓表

　　真有效值數(shù)字電壓表的基本原理
　　利用真有效值(TRMS)數(shù)字儀表，可以準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地測(cè)量各種波形的有效值電壓，滿足現(xiàn)代電子測(cè)量之需要。
　　交流電壓有效值是按下式定義的：
　　(1)其近似公式
　　(2)分析式(2)可知，借助于電路對(duì)輸入電壓u進(jìn)行“平方→ 取平均值→開平方”運(yùn)算，就能獲得交流電壓的有效值。因這是由有效值定義式求出的，故稱之為真有效值。目前生產(chǎn)的真有效值/直流轉(zhuǎn)換器(如美國ADI公司的AD636、AD736，美國LT公司的LTC1966等)，都是采用這種原理而設(shè)計(jì)的。真有效值電壓表和平均值電壓表測(cè)量典型波形的誤差比較見表1。表中波峰因數(shù)(KP)定義為峰值電壓(UP)與有效值電壓(URMS)之比。

　　LTC1966工作原理

　　LTC1966是美國凌特公司(LT)于2002年推出的真有效值RMS/DC轉(zhuǎn)換器，與其他RMS/DC產(chǎn)品相比較，它在完成乘法／除法運(yùn)算時(shí)，未采用通常的對(duì)數(shù)-反對(duì)數(shù)的計(jì)算方法，而是采用了全新的D-S計(jì)算技術(shù)。LTC1966具有簡(jiǎn)單電路接法(只有一個(gè)外接平均CAVE)、靈活的輸入／輸出結(jié)構(gòu)(差分或單端)、靈活的供電方式(2.7V~5.5V單電源，范圍為±5.5V雙電源)、高準(zhǔn)確度(50Hz~1kHz的誤差只有0.25%)、良好的線性(小于0.02%)、很寬的動(dòng)態(tài)電流范圍、易于校準(zhǔn)等特性。

　　LTC1966采用MSOP-8封裝，管腳排列及內(nèi)部框，各引腳功能如下：
　　GND—地；
　　UIN1、UIN2—差分輸入端1和2；
　　USS—負(fù)電源端，對(duì)地接-5.5V電源或直接接地；
　　UOUT—電壓輸出端。RMS平均值是通過此引腳與COM引腳之間的平均值電容CAVE來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。轉(zhuǎn)換值由下式給出：
　　(4)COM—輸出電壓返回端。輸出電壓的產(chǎn)生和該引腳的電壓有關(guān)。一般COM端接地，在AC+DC輸入情況下，UOUT與COM引腳之間不平衡，該引腳應(yīng)對(duì)地接一小電阻；
　　UDD—正電源端。電壓范圍為2.7V~5.5V；
　　—使能控制端，低電平有效。
　　LTC1966內(nèi)部主要包括4部分電路：D-S調(diào)制器、極性轉(zhuǎn)換開關(guān)、低通濾波器(LPF)和關(guān)斷控制電路。另外還包括基準(zhǔn)電壓源、電流源、二極管保護(hù)電路等。其中D-S調(diào)制器由二階積分器與求和電路構(gòu)成，用來完成除法運(yùn)算(相當(dāng)于除法器)，它產(chǎn)生的一位輸出信號(hào)的平均占空比與輸入信號(hào)(UIN)和反饋信號(hào)(即輸出信號(hào)UOUT)的比值成正比關(guān)系：
　　(5)控制極性轉(zhuǎn)換開關(guān)起乘法器的作用，它對(duì)輸入信號(hào)UIN和D-S調(diào)制器的一位輸出信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算，進(jìn)而獲得(UIN)2/UOUT，并依此作為芯片的輸出電壓UOUT，從而完成RMS-DC的轉(zhuǎn)換。低通濾波器由內(nèi)部電阻r和外界的平均值電容CAVE所構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)RMS的取平均值功能。電容CAVE可以根據(jù)輸入信號(hào)的頻率范圍來選擇，注意：為了保證轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性和較小的偏移誤差，平均值電容應(yīng)選擇薄膜電容，比如聚酯電容，其典型值為1mF。使能控制為高電平時(shí)，關(guān)斷控制電路有效，LTC1966工作在低功耗的關(guān)斷狀態(tài)。

　　LTC1966的典型應(yīng)用電路。采用的是差分輸入方式，UIN為交流信號(hào)(其峰-峰值≤1V)，+5V單電源供電，CC為隔直電容，其大小與輸入信號(hào)頻率有關(guān)；采用了能關(guān)斷的單端輸入方式，+2.7V單電源供電，使能端可直接接CMOS電路輸出。

　　基于LTC1966的多量程真有效值數(shù)字電壓表

　　由LTC1966構(gòu)成的5量程3 1/2 位真有效值數(shù)字電壓表的電路。5個(gè)ACV擋依次為200mV、2V、20 V、200 V和700V。該儀表使用LTC1966、ICL7136各一片，后者屬于微功耗單片3 1/2 位A/D轉(zhuǎn)換器。C 1是輸入端耦合隔直電容，起隔直作用。高阻抗分壓器由精密電阻R1~R5構(gòu)成，總阻值為10MΩ。S1為量程開關(guān)，輸入電壓UIN首先被衰減成200mV以下，再經(jīng)限流電阻R6接至LTC1966的第2腳。VD1、VD2為雙向限幅保護(hù)二極管。儀表采用9V疊層電池供電，C4為電源濾波電容。C3是平均電容。LTC1966的輸出電壓直接加至ICL 7136的模擬輸入端。ICI7136采用外基準(zhǔn)，由ICL8069提供的1.2V基準(zhǔn)電壓源．通過R8、RP分壓后得到基準(zhǔn)電壓UREF＝100.0 mV，基本量程為200mV。S2為測(cè)量／備用模式選擇開關(guān)，常態(tài)下S2應(yīng)閉合斷開。斷開S2時(shí)LTC1966呈備用狀態(tài)，可降低功耗。

　　結(jié)語
　　新型真有效值數(shù)字電壓表是以單片TRMS／DC轉(zhuǎn)換器為，配單片A／D轉(zhuǎn)換器和數(shù)顯器件而構(gòu)成的測(cè)量?jī)x表。其優(yōu)點(diǎn)是能、實(shí)時(shí)地測(cè)量各種電壓波形的有效值而不必考慮波形參數(shù)及失真度的大小。簡(jiǎn)言之，真有效值數(shù)字儀表具有準(zhǔn)確度高、響應(yīng)速度快、測(cè)量面廣、顯示直觀等持點(diǎn)。