利用Σ-Δ ADC在工业多通道数据采集系统中进行信号调理

摘要：本应用笔记旨在帮助设计人员在高性能、多通道数据采集系统(DAS)设计中优化工业传感器与高性能ADC之间的连接电路。以电
网监测系统为例，本文说明了使用MAX11040K Σ-Δ ADC的优势以及如何选择适当的架构和外围器件，优化系统性能。
利用Σ-Δ ADC在工业多通道数据采集系统中进行信号调理
Joseph Shtargot, 应用工程师
Nov 01, 2010

摘要：本应用笔记旨在帮助设计人员在高性能、多通道数据采集系统(DAS) 设计中优化工业传感器与高性能ADC 之间的连接电路。以电
网监测系统为例，本文说明了使用MAX11040K Σ-Δ ADC 的优势以及如何选择适当的架构和外围器件，优化系统性能。


引言
许多高端工业应用中，高性能数据采集系统(DAS) 与各种传感器之间需要提供适当的接口电路。如果信号接口要求提供多通道、高精度
的幅度和相位信息，这些工业应用可以充分利用MAX11040K等ADC 的高动态范围、同时采样以及多通道优势。本文介绍
了MAX11040K的Σ-Δ架构，以及如何合理选择设计架构和外部元件，以获得最佳的系统性能。


高速、Σ-Δ架构的优势
图1所示为高端三相电力线监视/测量系统，这类工业应用需要以高达117dB 的动态范围、64ksps 采样速率精确地进行多通道同时采集数
据。为了获得最高系统精度，必须正确处理来自传感器( 例如，图1 中的CT 、PT 变压器) 的信号，以满足ADC 输入量程的要求，从而保
证DAS的性能指标满足不同国家相关标准的要求。




图1. 基于MAX11040K的DAS在电网监控中的应用

从图1 可以看到，采用两片MAX11040K ADC 可以同时测量交流电的三相及零相的电压和电流。该ADC 基于Σ-Δ架构，利用过采样/平均
处理得到较高的分辨率。每个ADC 通道利用其专有的电容开关Σ-Δ调制器进行模/数转换。该调制器将输入信号转换成低分辨率的数字信
号，它的平均值代表输入信号的量化信息，时钟频率为24.576MHz 时对应的采样率为3.072Msps 。数据流被送入内部数字滤波器处理，
消除高频噪声。处理完成后可以得到高达2