作者：Aileen Ritchie和Claire Croke 簡介 本應用筆記提供指南，概述如何將輸配電應用的系統(tǒng)級要求轉換成ADI數(shù)據(jù)手冊中提供的模數(shù)轉換器(ADC)規(guī)格。這些指南描述了測量和保護設備對系統(tǒng)級性能的影響。本應用筆記使用AD7779作為參考。但是，本應用筆記介紹的一般原則適用于ADI的所有ADC。 系統(tǒng)級要求 盡管系統(tǒng)級規(guī)格因應用而異，但是一些關鍵要求可運用至大部分應用，包括最大和最小標稱工作電流(INOM)和精度規(guī)格。精度通常取決于測量或保護標準，規(guī)定了電流、電壓或電能測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)指實際輸入信號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。 ? 動態(tài)范圍(DR)指DAQ/ADC產(chǎn)生的最大輸入信號與最小輸入信號之比。DR用dB表示。 ? 信納比(SINAD)指實際輸入信號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信號鏈的測量分辨率。SINAD用dB表示。 ? 總諧波失真(THD)指前五個諧波成分的均方根和與滿量程輸入信號的均方根值之比。THD用dB表示。有關主要規(guī)格的詳情，請參見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解析成高精度。 ? 需要以適當?shù)木葴y量變化范圍大的信號。 通過不同的信號鏈設計實現(xiàn)DR，信號鏈設計將在“信號鏈實現(xiàn)”部分進行進一步討論。 轉換各種規(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。 ? 輸入范圍內的精度要求。 “輸入范圍”部分將說明如何計算這兩個要素的影響。 輸入范圍 計算測量輸入范圍所需的DR的方式是使用ADC必須測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)通過下式計算： 為了允許不確定性，此輸入范圍的上限通常需要留出設計裕量。 使用相同的步驟，通過最大和最小電壓輸入計算電壓通道的DR。下式用于將輸入范圍的DR轉換成用dB表示的值(DRInput Range (dB))。 請注意，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，以對未使用ADC的滿量程輸入范圍進行補償。 精度 系統(tǒng)精度指測量值的允許誤差。通常，系統(tǒng)精度用相對于測得信號的百分比誤差表示，例如：整個工作范圍內誤差為0.5%。 或者，也可以將精度表示為相對于標稱信號或的百分比誤差或絕對值。要將此要求轉換成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)指達到指定精度所需的DR。 必須注意，理想精度必須在指定測量時間內實現(xiàn)，在DAQ/ADC的每個輸出樣本中并非必要。例如，在保護應用中，算法可能使用所有從AD7779收集到的樣本，并將樣本在半個電力線路周期上進行平均，以得到最終結果。在計量應用中，測量周期可能大幅延長。例如，rms讀數(shù)可能在10個電力線路周期過后更新。在這種情況下，作為ADC的AD7779會在整個周期內產(chǎn)生多個樣本，這些樣本可以取平均值。平均或過采樣過程的結果會降低本底噪聲。本底噪聲降低的數(shù)值取決于整個測量周期內可用的ADC樣本數(shù)量，如下式所示： 其中： DRAveraging (dB)指通過在No_Samples(dB)范圍內取平均值實現(xiàn)的DR降低量(dB)。 No_Samples指在測量時間內產(chǎn)生的ADC輸出樣本的數(shù)量。要計算樣本數(shù)(No_Samples)，需要用到AD7779 ODR。 AD7779可實現(xiàn)的輸出數(shù)據(jù)速率最高為16 kSPS。參見下式： 通過取平均值得到的正DR凈值可得出DRAccuracy (dB)規(guī)格的降低量，因此該值必須通過對DR取平均值重新計算。 得到的DAQ/ADC性能要求 最終的DAQ/ADC DR規(guī)格通過將輸入范圍的DR貢獻添加至精度DR進行確定。 總諧波失真(THD)的影響