作者：Aileen Ritchie和Claire Croke 簡(jiǎn)介 本應(yīng)用筆記提供指南，概述如何將輸配電應(yīng)用的系統(tǒng)級(jí)要求轉(zhuǎn)換成ADI數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)規(guī)格。這些指南描述了測(cè)量和保護(hù)設(shè)備對(duì)系統(tǒng)級(jí)性能的影響。本應(yīng)用筆記使用AD7779作為參考。但是，本應(yīng)用筆記介紹的一般原則適用于ADI的所有ADC。 系統(tǒng)級(jí)要求 盡管系統(tǒng)級(jí)規(guī)格因應(yīng)用而異，但是一些關(guān)鍵要求可運(yùn)用至大部分應(yīng)用，包括最大和最小標(biāo)稱工作電流(INOM)和精度規(guī)格。精度通常取決于測(cè)量或保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了電流、電壓或電能測(cè)量值的特定百分比誤差。 主要規(guī)格 ADC或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAQ)的交流或動(dòng)態(tài)性能表示為給定輸入頻率和采樣速率(fS)或輸出數(shù)據(jù)速率(ODR)下的SNR、SINAD和THD。這些主要規(guī)格和描述如下所示： ? 信噪比(SNR)指實(shí)際輸入信號(hào)的均方根值與奈奎斯特頻率以下除諧波和直流以外所有其它頻譜成分的均方根和之比。SNR用dB表示。 ? 動(dòng)態(tài)范圍(DR)指DAQ/ADC產(chǎn)生的最大輸入信號(hào)與最小輸入信號(hào)之比。DR用dB表示。 ? 信納比(SINAD)指實(shí)際輸入信號(hào)的均方根值與奈奎斯特頻率以下包括諧波但排除直流的所有其它頻譜成分的均方根和之比。SINAD一般用于衡量ADC或DAQ信號(hào)鏈的測(cè)量分辨率。SINAD用dB表示。 ? 總諧波失真(THD)指前五個(gè)諧波成分的均方根和與滿量程輸入信號(hào)的均方根值之比。THD用dB表示。有關(guān)主要規(guī)格的詳情，請(qǐng)參見(jiàn)MT-003：解SINAD、ENOB、SNR、THD、THD N和SFDR，不在噪底中迷失。 下述兩種情形可能需要高DR： ? 需要將輸入范圍中的信號(hào)解析成高精度。 ? 需要以適當(dāng)?shù)木葴y(cè)量變化范圍大的信號(hào)。 通過(guò)不同的信號(hào)鏈設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)DR，信號(hào)鏈設(shè)計(jì)將在“信號(hào)鏈實(shí)現(xiàn)”部分進(jìn)行進(jìn)一步討論。 轉(zhuǎn)換各種規(guī)格 要確定DAQ或ADC需要什么樣的性能水平，可分析以下要求： ? DAQ/ADC的工作輸入范圍。 ? 輸入范圍內(nèi)的精度要求。 “輸入范圍”部分將說(shuō)明如何計(jì)算這兩個(gè)要素的影響。 輸入范圍 計(jì)算測(cè)量輸入范圍所需的DR的方式是使用ADC必須測(cè)量的最大和最小電流(或電壓)之比。輸入范圍的DR(DR輸入范圍)通過(guò)下式計(jì)算： 為了允許不確定性，此輸入范圍的上限通常需要留出設(shè)計(jì)裕量。 使用相同的步驟，通過(guò)最大和最小電壓輸入計(jì)算電壓通道的DR。下式用于將輸入范圍的DR轉(zhuǎn)換成用dB表示的值(DRInput Range (dB))。 請(qǐng)注意，以上公式假定最大電流可直接用最大ADC輸入電壓衡量。 如果并非如此，則需要在DR上留出額外的裕量，以對(duì)未使用ADC的滿量程輸入范圍進(jìn)行補(bǔ)償。 精度 系統(tǒng)精度指測(cè)量值的允許誤差。通常，系統(tǒng)精度用相對(duì)于測(cè)得信號(hào)的百分比誤差表示，例如：整個(gè)工作范圍內(nèi)誤差為0.5%。 或者，也可以將精度表示為相對(duì)于標(biāo)稱信號(hào)或的百分比誤差或絕對(duì)值。要將此要求轉(zhuǎn)換成DR值，使用的最小輸入處的百分比誤差如下式所示： 其中，DRAccuracy (dB)指達(dá)到指定精度所需的DR。 必須注意，理想精度必須在指定測(cè)量時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，在DAQ/ADC的每個(gè)輸出樣本中并非必要。例如，在保護(hù)應(yīng)用中，算法可能使用所有從AD7779收集到的樣本，并將樣本在半個(gè)電力線路周期上進(jìn)行平均，以得到最終結(jié)果。在計(jì)量應(yīng)用中，測(cè)量周期可能大幅延長(zhǎng)。例如，rms讀數(shù)可能在10個(gè)電力線路周期過(guò)后更新。在這種情況下，作為ADC的AD7779會(huì)在整個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)樣本，這些樣本可以取平均值。平均或過(guò)采樣過(guò)程的結(jié)果會(huì)降低本底噪聲。本底噪聲降低的數(shù)值取決于整個(gè)測(cè)量周期內(nèi)可用的ADC樣本數(shù)量，如下式所示： 其中： DRAveraging (dB)指通過(guò)在No_Samples(dB)范圍內(nèi)取平均值實(shí)現(xiàn)的DR降低量(dB)。 No_Samples指在測(cè)量時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的ADC輸出樣本的數(shù)量。要計(jì)算樣本數(shù)(No_Samples)，需要用到AD7779 ODR。 AD7779可實(shí)現(xiàn)的輸出數(shù)據(jù)速率最高為16 kSPS。參見(jiàn)下式： 通過(guò)取平均值得到的正DR凈值可得出DRAccuracy (dB)規(guī)格的降低量，因此該值必須通過(guò)對(duì)DR取平均值重新計(jì)算。 得到的DAQ/ADC性能要求 最終的DAQ/ADC DR規(guī)格通過(guò)將輸入范圍的DR貢獻(xiàn)添加至精度DR進(jìn)行確定。 總諧波失真(THD)的影響