【導讀】對于許多應用，監(jiān)控電力線意味著使用電流互感器和電阻分壓網(wǎng)絡，以便感測三相及零序的電流和電壓，如圖1所示。AD7606B具有高輸入阻抗，可以直接連接傳感器，并且它提供了所需的全部內(nèi)建輸入模塊，從而簡化了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計。
AD7606B在片內(nèi)集成8個獨立的信號鏈，即使采用5 V單電源供電（數(shù)字接口電壓Vdrive不計），仍可接受±10 V或±5 V的真正雙極性模擬輸入信號。因此，無需使用外部驅(qū)動運算放大器和外部雙極性電源。
每個通道都由21 V模擬輸入箝位保護電路、具備5 MΩ輸入阻抗的電阻可編程增益放大器、一階抗混疊濾波器和16位SAR ADC組成。此外，還可包含一個過采樣率高達256的數(shù)字均值濾波器，以及一個低溫漂2.5 V基準電壓源，用于幫助構建完整的電力線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
除了提供完整的模擬信號鏈之外，AD7606B還提供許多校準和診斷功能，以改善系統(tǒng)級性能和可靠性。
圖1. 典型的電力線監(jiān)控應用中的AD7606B
直接傳感器接口
與AD7606不同，AD7606B的輸入阻抗已提高到5 MΩ，使其可以直接與多種傳感器接口，從而獲得兩個好處：
1. 降低外部串聯(lián)電阻（例如，濾波或電阻分壓網(wǎng)絡）導致的增益誤差。
2. 當傳感器斷開時，所看到的偏移量會減小，可以輕松實現(xiàn)傳感器斷開檢測功能。
外部電阻造成的增益誤差
進行工廠修整時，會嚴格控制PGA的RFB和RIN（一般為5 MΩ），確保準確設置AD7606B的增益。但是，如圖1所示，如果在前端放置一個外部電阻，那么實際增益與理想的修整RFB/RIN值之間會存在偏差。
RFILTER越高，增益誤差越大，這需要從控制器一側補償。但是，RIN越高，相同RFILTER產(chǎn)生的影響就越小。與AD7606具有1 MΩ輸入阻抗不同，AD7606B具有5 MΩ阻抗，這意味著在沒有任何校準的情況下，相同串聯(lián)電阻(RFILTER)的增益誤差會降低到約1/5，如圖2所示。
圖2. 串聯(lián)電阻導致的增益誤差。
但是，通過在軟件模式下使用AD7606B，系統(tǒng)增益誤差可以基于每個通道自動進行片內(nèi)補償，因此完全無需再在控制器一側實施任何增益校準計算。
傳感器斷開檢測
傳統(tǒng)上，將下拉電阻(RPD)與傳感器（圖1中所示的電流互感器）并聯(lián)，用戶可通過監(jiān)測多個樣本(N)的ADC輸出代碼是否重復小于 20 LSBs，來檢測傳感器何時斷開。
建議采用比傳感器的源阻抗大得多的RPD，將該并聯(lián)電阻可能產(chǎn)生的誤差減至最小。但是，RPD越大，在傳感器斷開時生成的ADC輸出代碼也越大，這并非我們期望的結果。由于AD7606B的RIN比AD7606大，對于給定的RPD，如果傳感器斷開，ADC輸出代碼會降低（如圖3所示），從而降低了誤報的風險。
圖3. 傳感器與ADC的模擬輸入斷開連接時的偏置誤差。
進入AD7606B的軟件模式時，可以使用開路檢測功能，從而無需后端軟件來檢測傳感器斷開情況。編程設置樣本數(shù)量N（在圖4的示例中，N = 3）之后，如果模擬輸入保持由幾個樣本報告較小的直流值，算法會自動運行，并在模擬輸入信號斷開被判定為開路時，置一個標記位。
圖4. 傳感器斷開檢測
系統(tǒng)級性能
系統(tǒng)失調(diào)校準
使用一對外部電阻時，如圖1所示，它們之間出現(xiàn)任何不匹配都會導致產(chǎn)生偏移。傳感器短接至地時，該偏移可以測量為ADC輸出代碼。然后，可以通過編程設置對應的通道偏移寄存器，在轉換結果中增加或減去–128 LSBs至+127 LSBs偏移，以補償系統(tǒng)偏移。
系統(tǒng)相位校準
CONVST引腳用于管理模數(shù)轉換啟動，以便同時在所有通道上觸發(fā)該流程。但是，對于通過電流互感器(CT)測量電流同時通過分壓電阻按比例縮小來測量電壓的應用，存在電流和電壓通道之間相位不匹配的情況。為了補償這種不匹配，AD7606B可以延遲任何通道（相對延遲大一點兒的通道）上的采樣時刻，以便將輸出信號調(diào)整到同相，如圖5所示。
圖5. 相位調(diào)整。
系統(tǒng)可靠性
為了提高系統(tǒng)的可靠性，在片內(nèi)增加了幾種診斷功能，包括：
1. 每個通道上的過壓/欠壓比較器。
2. 一種接口檢查，在每個通道上輸出固定的數(shù)據(jù)，以驗證通信狀態(tài)。
3. 如果嘗試對無效寄存器實施寫入或讀取，則會發(fā)出SPI無效讀取/寫入警報。
4. 在轉換開始后，如果BUSY線持續(xù)的時間比正常時間長，則會發(fā)出BUSY STUCK HIGH警報。
5. 如果檢測到對內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器的完全、部分或上電復位，則發(fā)出復位檢測警報。
6. 可以對存儲器映射、ROM和每個接口通信實施CRC校驗，以確保正確初始化和/或操作。
總結
AD7606B為市場帶來了完整的芯片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?？蓪崿F(xiàn)所有的模擬前端內(nèi)建模塊。它提供了一套完整的高級診斷功能，以及增益、偏移和相位校準。因此，AD7606B降低了組件成本和系統(tǒng)設計的復雜性，從而簡化了電力線監(jiān)控應用設計。
推薦閱讀：
