集成同步解調(diào)功能的低功耗LVDT信號調(diào)理器

　　調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)元件，直到θREL絕對值低于約±3°;這樣可以改善電路對于LVDT電氣參數(shù)變化的靈敏度。

　　ADC選擇和同步

　　選擇AD7192Σ-Δ型ADC，因?yàn)樵撈骷С挚膳渲幂敵鰯?shù)據(jù)速率，并具有各種不同的數(shù)字濾波器輸出選項(xiàng)，從而允許在帶寬和噪聲之間進(jìn)行權(quán)衡取舍。主時(shí)鐘輸出功能可輕松實(shí)現(xiàn)ADC采樣時(shí)鐘頻率與ADA2200輸出信號的鎖定。這對于優(yōu)化數(shù)字濾波器性能而言是必須的。由LVDT信號確定位置所需的數(shù)值是一次激勵(lì)時(shí)鐘周期的平均值。因此，當(dāng)AD7192輸出數(shù)據(jù)速率設(shè)為4.8 kHz時(shí)，即設(shè)為一個(gè)激勵(lì)時(shí)鐘周期時(shí)，可獲得所需的平均值。如果激勵(lì)時(shí)鐘周期和ADC采樣頻率未鎖定，則恢復(fù)的位置測量信息中包含錯(cuò)誤。除以輸出數(shù)據(jù)速率便可有效求取多個(gè)激勵(lì)時(shí)鐘周期的平均值。

　　ADA2200輸出信號哪怕在LVDT核心位置固定的情況下亦含有電能，數(shù)值為激勵(lì)信號頻率的倍數(shù)。還可在頻率域中分析數(shù)字濾波器性能。AD7192具有sinc3或sinc4傳遞函數(shù)，該傳遞函數(shù)在輸出數(shù)據(jù)速率的倍數(shù)處歸零。這些頻率分量是雜散誤差的來源。通過將ADC的輸出數(shù)據(jù)速率設(shè)為激勵(lì)信號頻率(或激勵(lì)頻率的約數(shù))便可抑制輸出雜散。如果激勵(lì)時(shí)鐘周期和ADC采樣頻率未鎖定，則雜散將不會(huì)落在傳遞函數(shù)的零點(diǎn)。

　　用于性能分析的用戶軟件

　　該電路支持圖形用戶界面，可方便地進(jìn)行板上的器件配置，并評估電路性能。該軟件的選項(xiàng)卡可執(zhí)行電路校準(zhǔn)和器件配置，以及顯示噪聲性能、線性度性能和實(shí)時(shí)位置測量。

　　圖2.用戶軟件屏幕截圖

　　噪聲分析

　　該電路的輸出噪聲是ADC輸出數(shù)據(jù)速率的函數(shù)。表1顯示數(shù)字化數(shù)據(jù)相對于ADC采樣速率的有效位數(shù)(ENOB)，假設(shè)滿量程輸出電壓為2.5 V.該電路的噪聲性能與LVDT核心位置無關(guān)。

　　表1.噪聲性能與帶寬的關(guān)系

　　如果ADA2200輸出噪聲與頻率無關(guān)，則預(yù)計(jì)有效位數(shù)將在輸出數(shù)據(jù)速率每4次折疊下降時(shí)增加一位。ENOB在較低輸出數(shù)據(jù)速率下的增加放緩是由于輸出驅(qū)動(dòng)器的1/f噪聲所導(dǎo)致的;該噪聲在較低的輸出數(shù)據(jù)速率下成為噪底的主要成分。

　　線性度測試結(jié)果

　　首先在±2.0 mm核心位移處執(zhí)行一次兩點(diǎn)校準(zhǔn)即可測量線性度結(jié)果。由這兩次測量結(jié)果可確定斜率和失調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期直線擬合。然后，在±2.5 mm滿量程范圍內(nèi)測量核心位移。從預(yù)期直線擬合數(shù)據(jù)中減去測量數(shù)據(jù)即可確定線性度誤差。

　　圖3.位置線性度誤差與LVDT內(nèi)核位移的關(guān)系

　　測得的數(shù)據(jù)顯示電路性能優(yōu)于E-Series LVDT數(shù)據(jù)手冊中指定的線性度性能。

　　多LVDT同步工作

　　很多應(yīng)用都會(huì)近距離使用多個(gè)LVDT.若這些LVDT以相似的載波頻率運(yùn)行，雜散磁耦合可能導(dǎo)致拍頻。產(chǎn)生的拍頻可能會(huì)影響這些條件下的測量精度。為避免這種情況，所有LVDT必須同步工作。

　　通過讓器件同時(shí)退出復(fù)位狀態(tài)，可同步多個(gè)ADA2200器件。ADA2200在RST引腳解除置位之后的第一個(gè)CLKIN上升沿時(shí)退出復(fù)位模式。因此，從單一源驅(qū)動(dòng)所有ADA2200 CLKIN引腳以及所有RESETB線路便足以確保器件同步工作。避免在CLKIN上升沿附近對RESETB解除置位，以防器件在不同時(shí)鐘沿上復(fù)位。可監(jiān)控ADA2200器件的RCLK輸出，確保ADA2200器件正確同步。

　　常見變化

　　在某些系統(tǒng)中，可能需要使用SAR ADC，而非Σ-Δ型轉(zhuǎn)換器。這些情況下，ADC轉(zhuǎn)換時(shí)鐘必須與ADA2200更新速率同步。如前所述，ADA2200輸出會(huì)在激勵(lì)頻率的倍數(shù)處含有雜散。這些雜散可通過移動(dòng)平均濾波器或級聯(lián)多個(gè)移動(dòng)平均濾波器加以抑制。移動(dòng)平均濾波器易于實(shí)現(xiàn)，且具有出色的時(shí)域特性。若要完全抑制雜散，則移動(dòng)平均樣本大小必須等于8個(gè)樣本的整數(shù)倍。

　　圖4顯示了ADA2200連接至AD7091R-2，后者是一個(gè)超低功耗、雙通道、12位SAR ADC.使用一個(gè)雙通道ADC，因而ADA2200的OUTP和OUTN輸出可順序采樣。由于ADA2200輸出為分立式時(shí)間樣本，通過對兩個(gè)順序輸出樣本執(zhí)行減法操作(即VOUTP - VOUTN)便可實(shí)現(xiàn)差分測量。

　　圖4.采用雙通道SAR ADC進(jìn)行差分采樣

　　SYNCO信號在每個(gè)ADA2200輸出采樣周期內(nèi)變?yōu)橛行АYNCO可用來中斷微控制器，以便獲取一對ADC樣本(對OUTP和OUTN采樣)。在上述示例中，采樣周期等于激勵(lì)時(shí)鐘頻率乘以8(或38.4 kHz);因此，ADC采樣速率為76.8 kSPS.