簡介
    本文檔主要關注通過工業(yè)傳感器和高性能 ADC 的集成來實現高性能數據采集系統(tǒng) (DAS)。高性能 ADC 的設計中采用了 Σ-Δ 架構。該參考設計將探索 Maxim 的 MAX11040K 以及實現所需性能所需的正確原理圖和組件。
    許多新的先進工業(yè)應用需要高性能數據采集系統(tǒng) (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(yè)應用可以利用超高動態(tài)范圍、同步采樣、多通道 ADC，例如 MAX11040K。
    高速 Sigma-Delta 架構的優(yōu)勢
    以圖 1 所示的三相電力線監(jiān)控/測量系統(tǒng)為例。這些工業(yè)應用需要在高達 117dB 的寬動態(tài)范圍內進行的同步多通道測量采樣率高達 64ksps。為了優(yōu)化系統(tǒng)精度，應適當“調節(jié)”來自傳感器（例如圖 1 中的 CT 和 PT 變壓器）的信號，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 說明兩個 MAX11040K ADC 可以同時測量三相電壓和中性線電壓以及電流。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 通道均使用專用的開關電容器 Σ-Δ 調制器對其輸入執(zhí)行模數轉換。調制器將輸入信號轉換為低分辨率數字數據，其平均值代表 24.576MHz 時鐘下 3.072Msps 的數字化信號信息。然后，該數據流被提供給內部數字濾波器進行處理，以消除任何高頻噪聲。這些操作的結果是高分辨率的 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。這些值不能像逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 中那樣被視為“瞬時”值。
    電力線應用中的 ADC 性能要求
    該應用中 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變壓器的典型輸出。然而，有一種簡單且經濟高效的方法可以將變壓器的±5V或±10V范圍與MAX11040K的較低輸入范圍相適應。如圖 2 所示。

    連接到通道 1 的電路代表單端設計。在此配置中，變壓器的一側接地，信號調節(jié)通過一個簡單的電阻分壓器和電容器來實現。
    如果共模噪聲(兩個ADC輸入相同的噪聲)是一個嚴重問題，那么建議采用差分設計，如連接到通道4的電路所示。通過在該設計中利用MAX11040K的真正差分輸入，噪音影響降低。
    結論
    使用 Maxim 的 MAX11040K ADC（在系統(tǒng)中采用 sigma-delta 架構）可以非常實現高性能的多通道數據采集系統(tǒng) (DAS)。這非常適用于非常需要適當信號調節(jié)的“智能”電網監(jiān)控系統(tǒng)。