AD698 PDF 翻譯

1、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

2、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 PLCCAD698SQ 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。

3、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(dá)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L

4、VDT(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

5、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20Hz20kHz 可調(diào)，輸出有效幅值在2V24V 可調(diào)?？傊C

6、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

7、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(dá)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

8、/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500A 的參考電流并把它轉(zhuǎn)化成一個電壓值。當(dāng)IREF=500A 時，其傳遞函數(shù)如下：VOUT = IREF × A/B × R2，當(dāng)IREF = 500 UaAD698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(biāo)準(zhǔn)。對于A通道和B通道的連接

9、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(zhǔn)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

10、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

11、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(zhǔn)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

12、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（r

13、ms）以內(nèi)，是可接受的范圍。 相反的 VTR值也可以確切的進(jìn)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)

14、;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 VS6. 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

15、HZ) / fSUBSYSTEM (HZ)例如：如果系統(tǒng)要求帶寬 為250Hz，則C2=C3=C4=10-4 FHz / 250Hz = 0.4F 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

16、，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 KVOUT 為位移的一個函數(shù)，對于上述的例子（

17、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(fù)輸出電壓補償調(diào)節(jié)。 VOS (補償電壓)= 1.2V × R2 × 1/(R3 + 2 k) - 1/(R4 + 2 k) . (2)如果不需要正負(fù)電壓補償 R3 、R4應(yīng)該被開路。 上述VOS 為正或負(fù)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 （±

18、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 k = 7.02 k注意選擇Vos 的值，讓R3的值不至于為負(fù)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)) ；PH

19、ASE 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(zhǔn)來確定。10 .計算R5 和 R6的最大值要依據(jù)以下關(guān)系進(jìn)行： R5 + R6 VPS / 100 uA 11. R5 上的電壓壓降必須大于 2 + 10 k × 1.2V / (R4 + 2k + 250 uA + Vout/( 4 ×R2 ) 伏因此： R5 2 + 10

20、 k × 1.2V / (R4 + 2k + 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(fù)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(fù)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

21、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?？斓捻憫?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(rèn)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