《AD698 PDF 翻譯.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《AD698 PDF 翻譯.doc（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

______________________________________________________________________________________________________________ 產(chǎn)品描述： AD698是單片式線性位移差分變壓器（LVDT）信號調(diào)理系統(tǒng)。AD698與LVDT配合，能夠高精確和高再現(xiàn)性地將LVDT的機械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓。AD698具有所有必不可少的電路功能，只要增加幾個外接元源元件來確定激磁頻率和增益，就能把 LVDT的次級輸出信號按比例地轉(zhuǎn)換成直流信號。該器件能夠操作半橋式LVDT,有反向線圈連接配置的LVDT(4線LVDT)，和RVDT。 AD698包含了一個用于驅(qū)動LVDT初級線圈的低失真的正弦波振蕩器。AD698的兩個同步解調(diào)通道用于檢測LVDT的初級和次級電壓振幅。該部分根據(jù)初級的電壓振幅乘以一個比率因子來分離次級的輸出。這樣就消除了由于給初級線圈偶然而來的激勵而造成的比例因子的錯誤，提高了溫度性能和穩(wěn)定性。 AD698使用獨特的比例架構(gòu)消除了與傳統(tǒng)LVDT接口相關(guān)的幾個缺點。新電路的優(yōu)點是：不需要解調(diào)；提高了溫度穩(wěn)定性；提高了傳感器的互換性。 AD698有兩個性能等級可用： 等級 溫度范圍 封裝 AD698AP –40°C to +85°C 28-Pin PLCC AD698SQ –55°C to +125°C 24-Pin Cerdip 產(chǎn)品亮點： 1. AD698對LVDT信號調(diào)理問題提供了單片解決方案。所有有源電路都在片上，只需附加極少量的無源元件就可實現(xiàn)位置的機械變量到直流電壓的轉(zhuǎn)換。 2. AD698能夠用于許多不同種類的位置傳感器，該電路被優(yōu)化用于任何LVDT，包括半橋LVDT，反向線圈配置(四線式)的LVDT。AD698能夠適應(yīng)寬泛的輸入和輸出電壓和頻率。 3. 20Hz到20kHz激勵頻率由一個外部電容來確定。AD698提供高達24Vrms的差異驅(qū)動LVDT的初級線圈 注意： 1.A 和 B代表檢測到的正弦波VA和VB的平均偏差（MAD）。VOUT的極性受一個比較器的符號的影響。例如：VOUT ×+1 得到 ACOMP+ > ACOMP–, 如果 VOUT × –1 便有ACOMP– > ACOMP+ 。 操作原理： AD698 的模塊原理圖和一個LVDT(線性可變差動變壓器)連接到其輸入端的原理圖如圖5所示。LVDT 是一種機械-電子傳感器，其輸入是磁芯的機械移動，輸出是與磁芯位置成正比的交流電壓信號。兩種比較常用類型的LVDT是半橋類型的LVDT 和有反向線圈連接配置的LVDT(4線LVDT)。兩種類型的LVDT都是 一個鐵芯在線圈中移動。有反向線圈連接配置的LVDT由一個初級線圈和兩個反向串聯(lián)的次級線圈組成，初級線圈被一個外部正弦參考源驅(qū)動。經(jīng)過串聯(lián)的次級輸出電壓會隨著磁芯從中心位置的移動而變化。移動的方向可以通過測量輸出的相位來探測到。半橋式LVDT有一個有中心抽頭的一對一線圈其工作原理類似自耦線圈。激勵電壓施加于整個線圈，中心抽頭的電壓與位置成正比。該設(shè)備的行為類似于電阻分壓器。 圖5 功能框圖 AD698 給LVDT線圈一個激勵信號，然后檢測LVDT的輸出電壓，并產(chǎn)生一個與磁芯位置成正比的直流電壓。AD698有一個正弦波振蕩器和一個功率放大器來驅(qū)動LVDT。兩個同步解調(diào)器可以同時解碼初級和次級線圈電壓信號。A解碼器決定了輸出信號電壓到輸入信號電壓的比率（A/B）。濾波等級和輸出放大用于輸出結(jié)果的比例調(diào)節(jié)。 振蕩器中包含一個多諧振蕩器，該多諧振蕩器產(chǎn)生一個三角波，并驅(qū)動正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一個低失真的正弦波，正弦波的頻率和幅值由一個電阻器和一個電容器決定。輸出頻率在20Hz～20kHz 可調(diào)，輸出有效幅值在2V～24V 可調(diào)?？傊C波失真的典型值是50dB。 AD698 通過同步解調(diào)輸入幅值A(chǔ)（次級線圈側(cè)）和一個固定的參考輸入B（初級線圈側(cè)或固定輸入）。早期解決方案的共同問題是驅(qū)動振蕩器幅值的任何漂移都會直接導(dǎo)致輸出增益的錯誤。AD698 通過計算LVDT 輸出與輸入激勵的比率消除了所有的偏移影響，從而避免了這些錯誤。AD698 不同于AD598 型的LVDT 信號調(diào)理器，因為它實現(xiàn)了一個不同的電路傳遞函數(shù)，并且不要求LVDT 次級線圈（A+B）是一個隨行程長度而定的常量。 AD698的原理圖如下所示。其輸入由兩個獨立的同步解調(diào)通道組成。設(shè)計B通道是用于監(jiān)視LVDT的驅(qū)動激勵。全波整流電路經(jīng)過C2濾波之后送入計算電路。，A 通道的作用與B通道相同，但是它的比較器引腳是單獨引出來的。因為在LVDT 處于零位的時候，A 通道可能達到0V，所以A 通道解調(diào)器通常由初級電壓（B 通道）觸發(fā)。另外，可能還需要一個相位補償網(wǎng)絡(luò)給A 通道增加一個相位超前或滯后量，以此來補償LVDT 初級對次級的相位偏移。對于半橋電路相移是不重要的，因為A通道的電壓足夠大可以驅(qū)動解調(diào)器。 圖6 AD698原理圖 -------------------------------------------------------------- B CHANNEL B通道 A CHANNEL A通道 DEMODULATOR 解調(diào)器 FILTER 濾波器 DUTY CYCLE DIVIDER 占空比分配器 -------------------------------------------------------------- 一旦二個通道信號被解調(diào)和濾波后，再通過一個除法電路（用于實現(xiàn)占空比乘法器）來計算比率A/B，除法器的輸出是一個矩波信號。當(dāng)A/B 等于1 時，矩形波的占空比為100%。（如果需要一個脈寬調(diào)制輸出可以使用這個信號）。占空比驅(qū)動一個調(diào)制電路和濾波器即與占空比成比例的參考電流源。輸出放大器測量500μA 的參考電流并把它轉(zhuǎn)化成一個電壓值。當(dāng)IREF=500μA 時，其傳遞函數(shù)如下： VOUT = IREF × A/B × R2，當(dāng)IREF = 500 Ua AD698的連接電路 在單電源或雙電源電路中AD698可以方便的連接，如下圖7，圖8，圖13所示。下面的幾個設(shè)計例程展示了對于任何LVDT該如何選擇外部元器件的值來滿足AD698的輸入/輸出標準。對于A通道和B通道的連接來說，A通道的比較器取決于使用的是哪種類型的傳感器。一般遵循以下設(shè)計準則： 外部無源器件的參數(shù)設(shè)置包括：激勵頻率和振幅；AD698的輸入信號頻率；比例因子（V/inch）。除此之外還有一些可選特性：零點偏移調(diào)整，濾波和信號集成可以通過增加外部元器件來完成。 圖7 雙電源操作，半橋LVDT接線圖 設(shè)計程序 雙電源操作 圖7展示了半橋式LVDT的接線方法。圖8展示了3線和4線LVDT接線方法，兩種方法都使用的是±15V電源 A. 決定振蕩器頻率 頻率通常由系統(tǒng)所需帶寬來決定。然而在一些系統(tǒng)中頻率要根據(jù)LVDT手冊建議的零相位頻率來設(shè)定。在這種情況下跳過步驟4. 1. 決定LVDT位移測量系統(tǒng)所需要的機械帶寬，fSUBSYSTEM.。對于這個例子假設(shè) fSUBSYSTEM = 250Hz。 2. 選擇LVDT最小的激勵頻率，大概為10 × fSUBSYSTEM 。因此，激勵頻率 = 2.5k Hz 。 3. 選擇一個工作激勵頻率在2.5kHz的合適的LVDT，比如：Schaevitz E100型LVDT其操作頻率 在50Hz 到 10kHz 是對這個例子來說一個合適的候選者。 4. 確定激勵頻率來確定元器件C1的值， C1 = 35 uF Hz / f EXCITATION 圖8 有反向線圈配置的LVDT的AD698 雙電源操作的接線圖 B. 決定振蕩器的幅度 幅度是這樣設(shè)定的：當(dāng)LVDT在它的機械位移最大位置（全耦合？？）時候，初級信號幅度范圍為1.0V到3.5V 均方根值 ；次級信號幅度范圍為 0.25V 到3.5V 均方根值。以上是在最優(yōu)化的線性度和最小的噪聲敏感度條件下的值。如果器件是成比例的，激勵信號的準確數(shù)值，相對來說就不那么重要了。 5. 決定LVDT最佳的激勵電壓 VEXC 。對于一個四線式LVDT來說，要確定其傳感器機械位移變化下的電壓變換比 VTR 。 VTR = LVDT的敏感度 × 最大行程長度。 LVDT的敏感度一般會在LVDT的制造商的產(chǎn)品目錄中列出。其單位一般為 輸出伏特每伏特輸入每英寸位移（即 V/V/inch）.E100系列的LVDT的敏感度為 2.4mv/v/mil.如果LVDT的敏感度沒有在制造商的產(chǎn)品目錄中給出，該敏感度值是可以計算出來的。見確定LVDT敏感度章節(jié)。 在LVDT機械最大位移情況下(最大機械行程)，用VTR乘以初級激勵電壓得到預(yù)期的次級電壓。例如：一個LVDT的敏感度為 2.4mv/v/mil ，其最大行程為 ±0.1inch（=100mil），那么該LVDT的 VTR = 0.0024 v/v/mil × 100 mil = 0.24 。假設(shè)最大的激勵為 3.5 V 均方根值，那么最大的次級電壓輸出 應(yīng)該在 3.5V 均方根值(rms) × 0.24 = 0.84V 均方根值（rms）以內(nèi)，是可接受的范圍。 相反的 VTR值也可以確切的進行測量。根據(jù)LVDT制造商提供的資料，給LVDT初級輸入一個特定的驅(qū)動電平 VPRI （primary 初級）；設(shè)置LVDT的中心移動體的位置到其最大行程，然后測量LVDT的次級輸出電壓Vsec 。計算LVDT的電壓轉(zhuǎn)換比 VTR .VTR = VSEC / VPRI .如用以上方法測得E100 LVDT傳感器， VSEC = 0.72v，VPRI = 3V,則VTR = 0.24. 在LVDT的敏感度非常低，或者機械行程的長度非常小的情況下。LVDT的輸入激勵需要超過3.5V rms(根據(jù)后面描述情況這里可能為小于3.5v rms);在這種情況下可能需要在LVDT的初級放一個分壓器網(wǎng)絡(luò)，為+BIN 和-BIN 提供一個小的電壓輸入。例如：如果添加一個分壓器網(wǎng)絡(luò)將B通道的輸入分掉1/2,那么為了選擇元器件VTR也應(yīng)該減少1/2。 檢測供電電壓通過驗證VA 和VB的峰值電壓最小在2.5V小于 +VS 和 –VS 6. 參考圖9，在Vs = ±15V的時候，選擇幅度的值決定了器件R1的值，如圖9曲線所示。 圖9 見 文檔第7頁（圖9 激勵電壓Vexc 與R1的關(guān)系） 7.C2，C3和C4 是AD698位置測量子系統(tǒng)所要求帶寬 fSUBSUSTEM的函數(shù)，原則上，他們的電容值應(yīng)該相等，即 C2=C3=C4= 10-4 (法拉 HZ) / fSUBSYSTEM (HZ) 例如：如果系統(tǒng)要求帶寬 為250Hz，則 C2=C3=C4=10-4 FHz / 250Hz = 0.4μF 關(guān)于AD698的帶寬和相位特性的更多信息 見圖14，圖15和圖16。 D. 設(shè)置傳感器滿量程時的輸出電壓 8. R2 用來設(shè)置AD698的增益和滿量程時的輸出范圍。計算R2 時需要以下相關(guān)參數(shù)： a.LVDT的敏感度 S.它的值可以在生產(chǎn)廠家目錄手冊中查到，單位是V/V/mile，其物理意義是每英寸的位移每伏特的輸入對應(yīng)的電壓輸出伏特。 b.LVDT 的磁芯從零位到滿量程的位移d. S × d = VTR 也等于在機械滿量程時的A/B 的比率，VTR 應(yīng)該轉(zhuǎn)換其單位為 V/V. 對于滿量程值 d 英寸，AD698的輸出電壓如下計算： VOUT = S × d × R2 其中，Vout 是相對于參考信號(芯片引腳21腳)的輸出，見圖7； 解得R2 的值：R2 = VOUT / (S × d × 500 uA ) ....... (1) 例如：對于滿量程輸出VOUT = ±10V（20V的跨度），滿機械 d = ±0.1英寸 （0.2 英寸的跨度） R2 = 20V / (2.4 × 0.2 × 500 uA) =83.3 KΩ VOUT 為位移的一個函數(shù)，對于上述的例子（參數(shù)）其表現(xiàn)如下： 圖10 VOUT（±10V 滿量程），傳感器芯位移（±0.1inch） E.可選的輸出電壓擺幅偏移 9.R3、R4可實現(xiàn)正、負輸出電壓補償調(diào)節(jié)。 VOS (補償電壓)= 1.2V × R2 ×{ [1/(R3 + 2 kΩ)] - [1/(R4 + 2 kΩ)] } ......... (2) 如果不需要正負電壓補償 R3 、R4應(yīng)該被開路。 上述VOS 為正或負的電壓補償值 為了設(shè)計一個電路,當(dāng)傳感器的位移在+0.1英寸時，電路輸出在0V 到+10V.可以設(shè) Vout = +10V,d = 0.2英寸，然后接方程 （1） ，便可以得到R2的值。 圖11 Vout （±5V 滿量程），傳感器芯位移（±0.1英寸） 以上將產(chǎn)生的響應(yīng)如圖11所示。 在方程（2）設(shè)Vos 等于5V 然后解R3和R4.因為想得到一個正的偏移，讓R4處于開路狀態(tài)（R4開路,R4無窮大），重新布置方程（2），然后解R3 R3 = (1.2 × R2)/ Vos - 2 kΩ = 7.02 kΩ 注意選擇Vos 的值，讓R3的值不至于為負值。 圖12 顯示了期望得到的響應(yīng)。 圖12 Vout（0V -10V 滿量程，傳感器芯位移（±0.1英寸） 單電源設(shè)計步驟 圖13顯示了單電源供電時的鏈接情況。 圖13 單電源供電電路圖 ———————————————— 圖中名詞解釋 PHASE LAG 相位滯后(網(wǎng)絡(luò)) ； PHASE LEAD 相位超前（網(wǎng)絡(luò)）； Arc Tan 為數(shù)學(xué)中的 取反正切運算 R = Rs // （Rs + Rt） ;其中 R 的值為 Rs 并聯(lián) （Rs + Rt) 的值 ———————————— 對于單電源供電操作，從雙電源操作的步驟1開始重復(fù)操作，到下面的步驟10 。R5、R6和C5是增加的待確定的值。VOUT的值根據(jù)信號基準來確定。 10 .計算R5 和 R6的最大值要依據(jù)以下關(guān)系進行： R5 + R6 ≤ VPS / 100 uA 11. R5 上的電壓壓降必須大于 { 2 + 10 kΩ × [{1.2V / (R4 + 2kΩ} + 250 uA + Vout/( 4 ×R2 )] } 伏 因此： R5 ≥ { 2 + 10 kΩ × [{1.2V / (R4 + 2kΩ} + 250 uA + Vout/( 4 ×R2 )] } / 100 uA 歐姆 根據(jù) 步驟10 對于 R5 + R6 以及步驟11 對R5 的約束，給R6 選擇一個臨時值。 12.經(jīng)過Rl 的負載電流返回至R5 和R6的節(jié)點然后回流到Vps 。根據(jù)最大的負載情況，確定R5 上的壓降和步驟11 中定義的相符合。 作為最終的對電源的供電電壓檢查，驗證VA 和VB 的峰值 至少在2.5V,小于 +Vs 和 -Vs 的電壓。 13. C5 是一個旁路電容，其范圍在 0.1 uF 和 1uF 之間 增益相位特性 要在一個閉環(huán)的機械伺服系統(tǒng)中使用LVDT 傳感器，有必要知道傳感器的動態(tài)特性和接口要素。當(dāng)傳感器的磁芯移動時傳感器會非常快的響應(yīng)。動態(tài)特性主要源自于電子接口。圖 14,15和16展示了AD698 LVDT信號調(diào)節(jié)器的頻率響應(yīng)。需要注意的是圖15和圖16基本上是一樣的；不同點是頻率覆蓋范圍。圖15展示了機械輸入頻率以犧牲精度為前提的條件下得到了更寬的范圍。（這句話翻譯有問題） 圖14 增益和相位特性 頻率（0kHz - 10kHz） 圖15 增益和相位特性 頻率（0kHz - 50kHz） 圖16 增益和相位特性 頻率（0kHz - 10kHz） 圖16 展示了一個更有限的頻率范圍與增強的精度。（這句話翻譯的也有問題） 這些圖 將 輸入 被認為是按正弦變化機械位移，輸出是從AD698輸出的電壓信號 的一個傳遞函數(shù)；傳遞函數(shù)的單位為伏特每英寸。由 圖7，C2，C3和C4的值全都相等并且設(shè)定作為圖中的一個參數(shù)。響應(yīng)近似的認為是兩個極點。（此句翻譯有問題）。然后在更高的頻率有明顯的過剩相位。此外圖7中的極點過濾可以跨過R2引進一個并聯(lián)電容,這將增加相位滯后。 當(dāng)選擇C2，C3和C4的值來設(shè)置系統(tǒng)帶寬的時候，要涉及到一個權(quán)衡。在“直流”輸出電壓上會出現(xiàn)紋波，紋波的大小決定于濾波電容。一般來說，小的電容會得到一個高的系統(tǒng)帶寬和大的紋波電壓。圖17和18 反映了當(dāng)C2，C3和C4相等時 對紋波幅度的影響。需要注意的是圖7 中跨接在R2上的并聯(lián)電容作為圖中的一個參數(shù)Cshunt。R2的值是使用81kΩ的電阻，傳感器是Schaevitz E100型 LVDT 傳感器。 圖17 輸出電壓紋波 與濾波電容 圖18 輸出電壓紋波 與濾波電容 LVDT敏感（靈敏）度的確定 LVDT的靈敏度可以通過測量LVDT的次級電壓并進行簡單的計算來確定，LVDT的次級電壓是初級驅(qū)動電壓和傳感器磁性的位置的函數(shù)。 給LVDT一個其器件手冊上建議的初級驅(qū)動電壓Vpri（對E100型號來說為 3V rms）。設(shè)置傳感器磁芯在其最大位置，并測量次級電壓Va 和 Vb Sensitivity = VSECONDARY / (VPRI × d ) 由 圖 19 Sensitivity = 0.72 /(3V × 100mil ) = 2.4 mV/V mil （注：Vsecondary = 0.72 由圖19 中 最大位移 100mil 對應(yīng)的 VA - VB = 1.71 -0.99 = 0.72 而來） 圖19 LVDT的次級電壓與磁芯位移 -可編輯修改-