【技术专辑】隔离式模数转换:Broadcom的新型Sigma-Delta调制器

隔离组件(例如ACPL-C799)允许您传输数据,而无需在系统的两个部分之间建立直接电气连接。

 

当电路的一部分必须与系统的另一部分中的电压或电流分离时,电流隔离是一种重要的设计技术。实际上,电流隔离本身并不复杂 - 只是不要在两个子电路之间建立导电路径。诀窍是在这些子电路之间移动电子信息。

 

如果我们不能通过电力共享数据,我们需要使用其他东西。典型的方法是使用光(尽管可以使用其他选项)。但是,当您处理多个数字信号时,光耦合会变得有点笨拙。如果您有一个8位并行数据总线,直接实现将需要八个独立的LED加光检测器电路。

 

因此,假设您在电路的一部分中有模拟信号,并且您希望将此信号数字化并将数据传递到另一部分。很简单,但是当这两个子电路必须电隔离时会发生什么?我们不希望16位并行输出ADC产生由16个光耦合器组成的接口。

 

一种更合理的方法是以一种导致数字互连更少的方式对信号进行数字化,在这种情况下,自然选择是sigma-delta调制:

 

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所有图像(除非另有说明)均取自ACPL-C799数据表。

 

这里我们有一个转换方案,将模拟输入电压映射到逻辑高与逻辑低状态的特定密度。结果是一位输出信号,尽管它具有单比特性,但它可以代表非常令人印象深刻的转换分辨率。(快速Digi-Key搜索表明,sigma-delta ADC目前提供的分辨率高达32位。)

 

综合方法

 

与往常一样,您无需进行太多设计工作即可实现完全隔离的模数转换。像ACPL-C799这样的芯片可以处理细节:

 

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如您所见,ACPL-C799集成了模拟信号处理,sigma-delta调制和光耦合接口。输出由Σ-Δ数字信号和相应的时钟信号组成(频率为10 MHz,注意它是在内部产生的 - 不需要振荡器)。

 

滤波器

 

你可能想知道:我应该怎么做这个逻辑高密度信号?这是一个公平的问题; 通常我们希望我们的ADC数据采用(数字)数字的形式。

 

好吧,如果你想要典型的ADC数据,事实证明你除了ACPL-C799之外还需要一些电路。更具体地说,您需要一个抽取滤波器; 该信号处理块将一位数据流转换为典型的多位数据,同时降低了采样率。数据表推荐使用sinc滤波器,它还指出您可以使用FPGA或数字信号处理器完成此任务(如果您不幸在系统中安装DSP或FPGA,那么您将拥有发挥创意)。

 

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基于sinc函数的离散脉冲响应。

 

最终ADC数据的确切性质取决于滤波器的特性,而不是ACPL-C799本身。数据表给出了一个示例,其中滤波器的抽取率为256,专为16位输出数据而设计。这将导致采样率为(10 MHz)/256≈39kHz,ADC分辨率为(您猜对了)16位。

 

模拟方面

 

ACPL-C799的模拟输入范围 - 正80 mV至负80 mV - 非常小,因此您可能需要分压器(然后是缓冲器)以确保输入信号兼容。下表给出了不同输入电压如何与Σ-Δ数据和滤波后的ADC数据相对应的概念。

 

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此外,您将注意到数据表指定的“线性”输入范围为±50 mV,而不是±80 mV。然而,上面再现的表清楚地表明±80mV的范围。在这里试图告诉我们的数据表是什么?答:我不知道!

 

据我所知,模拟输入电路在高达±80 mV的电压下完全正常工作,但线性度性能会降低超过±50 mV。数据表神秘地说明模拟输入级接受“±50 mV(满量程±80 mV)”的电压。在其他地方,它暗示电压超过±50 mV时不太好,因为±50 mV是“ 推荐的输入范围“(强调我的)。我只能说小心 - 如果你想将输入信号向上推向±80 mV,可能会有后果。

 

您对实现抽取滤波器的方便方法有什么想法吗?让我们在评论中知道。

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发布日期:2019年03月04日  所属分类:参考设计