適用于IEPE傳感器的24位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

功耗測(cè)量

功耗測(cè)量直接從3.3 V和IOREF供電軌進(jìn)行。因此，功耗測(cè)量包括電源解決方案元件本身的貢獻(xiàn)。

由于恒流源，流向26 V供電軌的電流是恒定的，不會(huì)隨ADC設(shè)置而變化。

系統(tǒng)其余部分的功耗在ADC的不同工作模式下進(jìn)行了測(cè)量。信號(hào)鏈輸入端放置了一個(gè)1 kΩ負(fù)載電阻，以為恒流源流出的電流提供一條路徑，并在AD8605的輸入端保持直流偏置。

功耗

ADC上影響功耗的最重要寄存器設(shè)置為

●   電源模式

●   MCLK分頻器

●   MCLK頻率

●   濾波器類(lèi)型

●   濾波器抽取率

●   VCM引腳輸出分壓器

●   模擬輸入預(yù)充電緩沖器

●   基準(zhǔn)電壓緩沖

●   通用輸入/輸出(GPIO)

系統(tǒng)默認(rèn)配置

對(duì)于ADC設(shè)置，針對(duì)窄帶寬測(cè)量的系統(tǒng)默認(rèn)配置如下：

●   MCLK分頻器：MCLK/16

●   功耗模式：低功耗模式

●   FIR濾波器，抽取率超過(guò)32

●   VCM引腳輸出：(AVSS ? AVDD)/2

●   基準(zhǔn)電壓(REF)緩沖器：預(yù)充電開(kāi)啟

●   模擬輸入(AIN)緩沖器：預(yù)充電開(kāi)啟

●   MCLK頻率為16.384 MHz

●   使能FDA，低功耗模式

●   使能DAC緩沖器

●   DAC輸出設(shè)置為半量程

該參考設(shè)計(jì)中包含的大多數(shù)測(cè)量均使用系統(tǒng)默認(rèn)配置。

表7 各種數(shù)據(jù)速率下的功耗

¹FDA處于全功率模式。

²FDA處于低功耗模式。

AD7768-1上的模擬輸入和基準(zhǔn)電壓輸入緩沖器設(shè)置為預(yù)充電模式。ADA4945-1 FDA設(shè)置為低功耗模式。在全功率模式下，F(xiàn)DA可以提供更寬的帶寬和更好的線性度性能。但是，由于此設(shè)計(jì)的目標(biāo)帶寬小于50 kHz，因此低功耗模式就夠了。通過(guò)使能AD7768-1內(nèi)部預(yù)充電緩沖器，可以實(shí)現(xiàn)更好的線性度和噪聲性能，而不會(huì)顯著增加系統(tǒng)功耗。有關(guān)匹配驅(qū)動(dòng)器放大器以及使用AD7768系列的輸入緩沖選項(xiàng)的更多信息，參見(jiàn)應(yīng)用筆記AN-1384。

常見(jiàn)變化

對(duì)于更高通道數(shù)的系統(tǒng)，多通道AD7768和AD7768-4是AD7768-1的合適替代產(chǎn)品。ADC的噪聲和線性度與AD7768-1相似，但這些器件的優(yōu)勢(shì)是可在單個(gè)芯片中提供多達(dá)8個(gè)同步通道，從而簡(jiǎn)化多通道IEPE DAQ設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。

其他可以考慮用于振動(dòng)和狀態(tài)監(jiān)控信號(hào)鏈的ADC有AD4000、AD4002和AD7380。

ADA4610-1適用于第一級(jí)信號(hào)調(diào)理和電平轉(zhuǎn)換，但需要更高的電源電壓才能正常工作。ADA4807-1和ADA4940-1是ADC輸入抗混疊濾波器和驅(qū)動(dòng)器級(jí)的替代產(chǎn)品。

ADAQ7980/ADAQ7988是16位ADC μModule?數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，ADC和ADC驅(qū)動(dòng)器級(jí)以及最關(guān)鍵的無(wú)源元件均被集成到系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)設(shè)計(jì)中。建議在尺寸或?qū)崿F(xiàn)的簡(jiǎn)易性更為關(guān)鍵的場(chǎng)合使用這些器件。

這些方案允許根據(jù)性能（噪聲或線性度）、解決方案尺寸和成本來(lái)選擇信號(hào)鏈元件。

電路評(píng)估與測(cè)試

下面概述CN-0540電路設(shè)計(jì)的測(cè)試程序和結(jié)果的收集。有關(guān)硬件和軟件設(shè)置的完整詳細(xì)信息，參見(jiàn)CN-0540用戶指南。

設(shè)備要求

需要以下設(shè)備：

●   EVAL-CN0540-ARDZ參考設(shè)計(jì)板

●   Terasic DE10-Nano FPGA

●   帶有CN-0540參考軟件的FPGA Linux鏡像

●   帶有高清多媒體接口(HDMI?)端口的顯示器

●   HDMI轉(zhuǎn)HDMI電纜

●   帶有USB加密狗的無(wú)線鍵盤(pán)和鼠標(biāo)

●   USB on-the-go (OTG)電纜（micro USB轉(zhuǎn)USB）

●   精密交流電源（例如，Brüel＆Kj?r AP2700或類(lèi)似精密正弦波發(fā)生器）

●   帶BNC和SMA終端的同軸電纜

圖16 CN-0540參考設(shè)計(jì)板的3D渲染圖

開(kāi)始使用

基本測(cè)試設(shè)置要求將EVAL-CN0540-ARDZ板插入支持的FGPA載板。載板需要為EVAL-CN0540-ARDZ板供電、運(yùn)行嵌入式Linux鏡像、捕獲數(shù)據(jù)并顯示數(shù)據(jù)。該軟件可從ADI公司網(wǎng)站獲得，其支持Terasic DE10-Nano和類(lèi)似的Arduino兼容FPGA載板。

圖17 設(shè)置框圖

要測(cè)試該板的基本功能，請(qǐng)將精密高質(zhì)量正弦波或任意波形發(fā)生器連接到EVAL-CN0540-ARDZ板的模擬輸入連接器。

分步說(shuō)明如下：

1.插入Arduino接頭，將EVAL-CN0540-ARDZ評(píng)估板安裝到載板上(Terasic DE10-Nano)，如圖18所示。

圖18 EVAL-CN0540-ARDZ安裝在Terasic DE10-Nano載板上

2.將同軸電纜的BNC端連接到信號(hào)源單端或不平衡輸出，另一端連接到EVAL-CN0540-ARDZ模擬輸入SMA連接器（參見(jiàn)圖19）。

圖19 同軸電纜連接到CN-0540模擬輸入連接器的特寫(xiě)照片

3.將ADI FPGA Linux鏡像加載到micro SD卡上。

4.配置micro SD卡以對(duì)CN-0540和載板使用正確的文件。

5.將HDMI電纜從Terasic DE10-Nano連接到顯示器。

6.將USB OTG電纜連接到Terasic DE10-Nano上的micro USB端口，然后插入無(wú)線鼠標(biāo)/鍵盤(pán)的USB加密狗。

7.使用所提供的電源，將管式插孔連接到DE10-Nano，然后接通Terasic DE10-Nano電源開(kāi)關(guān)。

8.按照如下步驟開(kāi)啟正弦或任意波形發(fā)生器的電源：

a.將信號(hào)類(lèi)型設(shè)置為正弦波。

b.在1 kHz下將電平設(shè)置為1 V p-p。

c.使能輸出。

9.運(yùn)行該軟件并捕獲生成的ADC數(shù)據(jù)和FFT數(shù)據(jù)。

圖20和圖21中的兩幅圖顯示了按照步驟1至步驟9所述進(jìn)行配置時(shí)載卡的預(yù)期典型捕獲結(jié)果。圖20顯示了ADC捕獲數(shù)據(jù)的時(shí)域視圖，說(shuō)明了多個(gè)樣本的預(yù)期幅度。

圖20 時(shí)域數(shù)據(jù)

圖21顯示了經(jīng)過(guò)處理后顯示為頻域FFT圖的相同數(shù)據(jù)。

圖21 所捕獲數(shù)據(jù)的FFT

有關(guān)硬件和軟件設(shè)置的更多信息，請(qǐng)參閱CN-0540用戶指南以了解詳情。

壓電加速度計(jì)傳感器結(jié)果

為了實(shí)現(xiàn)合理的噪聲測(cè)量，必須讓壓電加速度計(jì)保持穩(wěn)定——要么使用主動(dòng)振動(dòng)臺(tái)來(lái)抵消環(huán)境振動(dòng)，要么將其固定在大型物體上以減少?gòu)沫h(huán)境中拾取的振動(dòng)。在壓電加速度計(jì)直接連到信號(hào)鏈輸入端的場(chǎng)合，使用了固定到大型物體的方法。所用傳感器為Piezotronics PCB 333B52型3 kHz傳感器。

圖22顯示了連接傳感器時(shí)獲得的FFT的比較性能圖。系統(tǒng)的噪聲主要由傳感器信號(hào)決定。

圖22 連接有無(wú)源穩(wěn)定壓電傳感器的直流耦合解決方案的FFT

了解更多

CN0540用戶指南

ADC驅(qū)動(dòng)器工具

MS-2066技術(shù)文章，傳感器電路的低噪聲信號(hào)調(diào)理

AN-1384：驅(qū)動(dòng)放大器與

AD7768/AD7768-4或AD7768-1配合使用

數(shù)據(jù)手冊(cè)和評(píng)估板

CN-0540電路評(píng)估板(EVAL-CN0540-ARDZ)

LT3092數(shù)據(jù)手冊(cè)

LT3092EDD演示板

AD8605數(shù)據(jù)手冊(cè)

ADA4945-1數(shù)據(jù)手冊(cè)

ADA4945-1評(píng)估板

AD7768-1數(shù)據(jù)手冊(cè)

AD7768-1評(píng)估板

LTC2606數(shù)據(jù)手冊(cè)

LTC2606 DAC演示板

ADA4807-1數(shù)據(jù)手冊(cè)

ADR4540 Data Sheet

ADR4540數(shù)據(jù)手冊(cè)

ADA4807-2數(shù)據(jù)手冊(cè)

LTC3459數(shù)據(jù)手冊(cè)

LT3494數(shù)據(jù)手冊(cè)

LT3008數(shù)據(jù)手冊(cè)

ADP7118數(shù)據(jù)手冊(cè)

ADP7118評(píng)估板

I2C指最初由Philips Semiconductors（現(xiàn)為NXP Semiconductors）開(kāi)發(fā)的一種通信協(xié)議。

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