ad698pdf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(hào)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(jī)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(gè)外接元源元件來(lái)確定激磁頻率和增益，就能把LVDT 的次級(jí)輸出信號(hào)按比例地轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)。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(gè)用于驅(qū)動(dòng)LVDT初級(jí)線圈的低失真的正弦波振蕩器。 AD698的兩個(gè)同步解調(diào)通道用于檢測(cè)LVDT的初級(jí)和次級(jí)電壓振幅。該部分根據(jù)初級(jí)的電壓振幅乘以一個(gè)比率因子來(lái)分離次級(jí)

2、的輸出。這樣就消除了由于給初級(jí)線圈偶然而來(lái)的激勵(lì)而造成的比例因子的錯(cuò)誤，提高了溫度性能和穩(wěn)定性。AD698 使用獨(dú)特的比例架構(gòu)消除了與傳統(tǒng)LVDT接口相關(guān)的幾個(gè)缺點(diǎn)。新電路的優(yōu)點(diǎn)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(gè)性能等級(jí)可用：等級(jí)溫度范圍封裝AD698AP40C to +85C28-Pin PLCCAD698SQ55C to +125C24-Pin Cerdip產(chǎn)品亮點(diǎn)：1. AD698對(duì) LVDT信號(hào)調(diào)理問(wèn)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(wú)源元件就可實(shí)現(xiàn)位置的機(jī)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

3、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(lì)頻率由一個(gè)外部電容來(lái)確定。AD698提供高達(dá)24Vrms的差異驅(qū)動(dòng) LVDT的初級(jí)線圈注意：和 B 代表檢測(cè)到的正弦波響。例如： VOUT+1 得到VA 和 VB的平均偏差 （ MAD）。VOUT的極性受一個(gè)比較器的符號(hào)的影ACOMP+ > ACOMP,如果 V OUT 1 便有 ACOMP >ACOMP+。操作原理：AD698 的模塊原理圖和一個(gè)LVDT(線性可變差動(dòng)變壓器 ) 連接到其輸入端

4、的原理圖如圖5 所示。LVDT 是一種機(jī)械 - 電子傳感器， 其輸入是磁芯的機(jī)械移動(dòng)， 輸出是與磁芯位置成正比的交流電壓信號(hào)。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(gè)鐵芯在線圈中移動(dòng)。 有反向線圈連接配置的LVDT由一個(gè)初級(jí)線圈和兩個(gè)反向串聯(lián)的次級(jí)線圈組成，初級(jí)線圈被一個(gè)外部正弦參考源驅(qū)動(dòng)。經(jīng)過(guò)串聯(lián)的次級(jí)輸出電壓會(huì)隨著磁芯從中心位置的移動(dòng)而變化。移動(dòng)的方向可以通過(guò)測(cè)量輸出的相位來(lái)探測(cè)到。半橋式LVDT有一個(gè)有中心抽頭的一對(duì)一線圈其工作原理類似自耦線圈。 激勵(lì)電壓施加于整個(gè)線圈， 中心抽頭的電壓與位置成正比。

5、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(gè)激勵(lì)信號(hào)，然后檢測(cè)LVDT的輸出電壓，并產(chǎn)生一個(gè)與磁芯位置成正比的直流電壓。AD698有一個(gè)正弦波振蕩器和一個(gè)功率放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)LVDT。兩個(gè)同步解調(diào)器可以同時(shí)解碼初級(jí)和次級(jí)線圈電壓信號(hào)。 A 解碼器決定了輸出信號(hào)電壓到輸入信號(hào)電壓的比率（ A/B）。濾波等級(jí)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(gè)多諧振蕩器，該多諧振蕩器產(chǎn)生一個(gè)三角波，并驅(qū)動(dòng)正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)低失真的正弦波，正弦波的頻率和幅值由一個(gè)電阻器和一個(gè)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波失真的典型

6、值是50dB。AD698 通過(guò)同步解調(diào)輸入幅值A(chǔ)（次級(jí)線圈側(cè)）和一個(gè)固定的參考輸入B（初級(jí)線圈側(cè)或固定輸入） 。早期解決方案的共同問(wèn)題是驅(qū)動(dòng)振蕩器幅值的任何漂移都會(huì)直接導(dǎo)致輸出增益的錯(cuò)誤。AD698 通過(guò)計(jì)算 LVDT 輸出與輸入激勵(lì)的比率消除了所有的偏移影響，從而避免了這些錯(cuò)誤。 AD698 不同于 AD598 型的 LVDT 信號(hào)調(diào)理器， 因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了一個(gè)不同的電路傳遞函數(shù)，并且不要求LVDT 次級(jí)線圈（ A+B）是一個(gè)隨行程長(zhǎng)度而定的常量。AD698 的原理圖如下所示。其輸入由兩個(gè)獨(dú)立的同步解調(diào)通道組成。設(shè)計(jì) B 通道是用于監(jiān)視LVDT的驅(qū)動(dòng)激勵(lì)。全波整流電路經(jīng)過(guò)C2濾波之后送入計(jì)算電路

7、。，A 通道的作用與B 通道相同，但是它的比較器引腳是單獨(dú)引出來(lái)的。因?yàn)樵贚VDT 處于零位的時(shí)候， A 通道可能達(dá)到 0V，所以 A 通道解調(diào)器通常由初級(jí)電壓（B 通道）觸發(fā)。另外，可能還需要一個(gè)相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)給A 通道增加一個(gè)相位超前或滯后量，以此來(lái)補(bǔ)償LVDT 初級(jí)對(duì)次級(jí)的相位偏移。對(duì)于半橋電路相移是不重要的，因?yàn)锳 通道的電壓足夠大可以驅(qū)動(dòng)解調(diào)器。圖 6 AD698 原理圖-B CHANNELB通道A CHANNELA通道DEMODULATOR 解調(diào)器FILTER濾波器DUTY CYCLE DIVIDER占空比分配器-一旦二個(gè)通道信號(hào)被解調(diào)和濾波后，再通過(guò)一個(gè)除法電路 （用于實(shí)現(xiàn)占空比乘

8、法器）來(lái)計(jì)算比率A/B，除法器的輸出是一個(gè)矩波信號(hào)。當(dāng) A/B 等于 1 時(shí)，矩形波的占空比為 100%。（如果需要一個(gè)脈寬調(diào)制輸出可以使用這個(gè)信號(hào)） 。占空比驅(qū)動(dòng)一個(gè)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(cè)量 500 A 的參考電流并把它轉(zhuǎn)化成一個(gè)電壓值。當(dāng) IREF=500A 時(shí)，其傳遞函數(shù)如下：VOUT = I REF × A/B× R2，當(dāng) I REF = 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(gè)設(shè)計(jì)例程展示了對(duì)于任何LVDT該如何選擇外部元器件的值來(lái)滿足AD69

9、8的輸入 / 輸出標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于A 通道和 B 通道的連接來(lái)說(shuō)， 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(jì)準(zhǔn)則：外部無(wú)源器件的參數(shù)設(shè)置包括：激勵(lì)頻率和振幅；AD698的輸入信號(hào)頻率；比例因子（V/inch ）。除此之外還有一些可選特性：零點(diǎn)偏移調(diào)整，濾波和信號(hào)集成可以通過(guò)增加外部元器件來(lái)完成。圖 7 雙電源操作，半橋LVDT接線圖設(shè)計(jì)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(lái)決定。 然而在一些系統(tǒng)中頻率要根據(jù) LVDT

10、手冊(cè)建議的零相位頻率來(lái)設(shè)定。在這種情況下跳過(guò)步驟4.1.決定 LVDT位移測(cè)量系統(tǒng)所需要的機(jī)械帶寬，f對(duì)于這個(gè)例子假設(shè)SUBSYSTEM。.f SUBSYSTEM= 250Hz 。2.選擇 LVDT最小的激勵(lì)頻率，大概為 10 × f SUBSYSTEM。因此，激勵(lì)頻率 =Hz 。3. 選擇一個(gè)工作激勵(lì)頻率在的合適的 LVDT，比如： Schaevitz E100型 LVDT其操作頻率 在 50Hz 到 10kHz 是對(duì)這個(gè)例子來(lái)說(shuō)一個(gè)合適的候選者。4. 確定激勵(lì)頻率來(lái)確定元器件 C1的值，C1 = 35 uF Hz / fEXCITATION圖 8 有反向線圈配置的LVDT的 AD

11、698 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(jī)械位移最大位置（全耦合？）時(shí)候，初級(jí)信號(hào)幅度范圍為到 均方根值 ；次級(jí)信號(hào)幅度范圍為 到 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(lì)信號(hào)的準(zhǔn)確數(shù)值，相對(duì)來(lái)說(shuō)就不那么重要了。5. 決定 LVDT最佳的激勵(lì)電壓 V EXC 。對(duì)于一個(gè)四線式 LVDT來(lái)說(shuō)，要確定其傳感器機(jī)械位移變化下的電壓變換比VTR 。 VTR = LVDT的敏感度× 最大行程長(zhǎng)度。 LVDT 的敏感度一般會(huì)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/

12、V/inch） .E100 系列的LVDT 的敏感度為 v/mil.如果 LVDT 的敏感度沒(méi)有在制造商的產(chǎn)品目錄中給出，該敏感度值是可以計(jì)算出來(lái)的。見(jiàn)確定LVDT敏感度章節(jié)。在 LVDT機(jī)械最大位移情況下 ( 最大機(jī)械行程 ) ，用 VTR乘以初級(jí)激勵(lì)電壓得到預(yù)期的次級(jí)電壓。 例如：一個(gè) LVDT的敏感度為 v/mil，其最大行程為±（ =100mil ），那么該 LVDT的 VTR = v/v/mil× 100 mil=。假設(shè)最大的激勵(lì)為V均方根值，那么最大的次級(jí)電壓輸出應(yīng)該在均方根值 (rms)× =均方根值（ rms）以內(nèi)，是可接受的范圍。相反的 VTR

13、值也可以確切的進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)LVDT制造商提供的資料，給LVDT初級(jí)輸入一個(gè)特定的驅(qū)動(dòng)電平 V PRI （primary 初級(jí)）；設(shè)置 LVDT的中心移動(dòng)體的位置到其最大行程， 然后測(cè)量 LVDT的次級(jí)輸出電壓 Vsec 。計(jì)算 LVDT的電壓轉(zhuǎn)換比 VTR .VTR = VSEC / V PRI . 如用以上方法測(cè)得 E100 LVDT傳感器， VSEC = ，VPRI = 3V, 則 VTR = .在 LVDT的敏感度非常低，或者機(jī)械行程的長(zhǎng)度非常小的情況下。LVDT的輸入激勵(lì)需要超過(guò)rms( 根據(jù)后面描述情況這里可能為小于rms); 在這種情況下可能需要在LVDT的初級(jí)放一個(gè)分壓器網(wǎng)絡(luò)，

14、 為+BIN 和-BIN 提供一個(gè)小的電壓輸入。例如：如果添加一個(gè)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(cè)供電電壓通過(guò)驗(yàn)證VA 和 VB的峰值電壓最小在小于+VS 和 VS6. 參考圖 9，在 Vs = ±15V 的時(shí)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(jiàn) 文檔第 7 頁(yè)（圖 9 激勵(lì)電壓 Vexc 與 R1的關(guān)系），C3 和 C4 是 AD698位置測(cè)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-4SUBSYSTEM(HZ)C2=C3=C4= 10 ( 法拉 HZ) /

15、f例如：如果系統(tǒng)要求帶寬 為 250Hz，則-4FC2=C3=C4=10FHz / 250Hz =關(guān)于 AD698的帶寬和相位特性的更多信息見(jiàn)圖 14，圖 15 和圖 16。D. 設(shè)置傳感器滿量程時(shí)的輸出電壓8. R2用來(lái)設(shè)置AD698的增益和滿量程時(shí)的輸出范圍。計(jì)算R2 時(shí)需要以下相關(guān)參數(shù)：的敏感度 S. 它的值可以在生產(chǎn)廠家目錄手冊(cè)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(duì)應(yīng)的電壓輸出伏特。的磁芯從零位到滿量程的位移d.S × d = VTR也等于在機(jī)械滿量程時(shí)的A/B 的比率， VTR 應(yīng)該轉(zhuǎn)換其單位為V/V.對(duì)于滿量程值d英寸， AD698的輸出電

16、壓如下計(jì)算：VOUT = S × d× R2其中， Vout 是相對(duì)于參考信號(hào)( 芯片引腳21 腳 ) 的輸出，見(jiàn)圖7；解得 R2 的值： R2 = V OUT / (S× d× 500 uA ) . (1)例如：對(duì)于滿量程輸出VOUT =± 10V（ 20V 的跨度），滿機(jī)械 d =±英寸（ 英寸的跨度）R2 = 20V /×× 500 uA) = KVOUT 為位移的一個(gè)函數(shù)，對(duì)于上述的例子（參數(shù)）其表現(xiàn)如下：圖 10 V OUT（± 10V 滿量程），傳感器芯位移（±）E. 可選的輸出電壓

17、擺幅偏移、R4 可實(shí)現(xiàn)正、負(fù)輸出電壓補(bǔ)償調(diào)節(jié)。VOS (補(bǔ)償電壓 )=× R2 × 1/(R3 + 2 k ) - 1/(R4 + 2 k ) . (2)如果不需要正負(fù)電壓補(bǔ)償R3 、 R4 應(yīng)該被開(kāi)路。上述 VOS 為正或負(fù)的電壓補(bǔ)償值為了設(shè)計(jì)一個(gè)電路, 當(dāng)傳感器的位移在+英寸時(shí)，電路輸出在0V 到 +10V. 可以設(shè)Vout =+10V,d =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（±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.

18、因?yàn)橄氲玫揭粋€(gè)正的偏移，讓R4 處于開(kāi)路狀態(tài)（ R4 開(kāi)路 ,R4 無(wú)窮大），重新布置方程（2），然后解R3R3 =× R2)/ Vos-2 k = 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（±英寸）單電源設(shè)計(jì)步驟圖 13 顯示了單電源供電時(shí)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(yùn)算R = Rs算 R5 和 R6 的最大值要依據(jù)以下關(guān)系進(jìn)行：R5

19、 + R6 V PS / 100 uA11. R5 上的電壓壓降必須大于 2 + 10 k × / (R4 + 2k + 250 uA + Vout/( 4× R2 ) 伏因此：R5 2 + 10 k × / (R4 + 2k + 250 uA + Vout/( 4× R2 ) / 100 uA歐姆根據(jù)步驟 10 對(duì)于 R5 + R6以及步驟11 對(duì) R5 的約束，給R6 選擇一個(gè)臨時(shí)值。12. 經(jīng)過(guò) Rl 的負(fù)載電流返回至 R5 和 R6的節(jié)點(diǎn)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(duì)電源的

20、供電電壓檢查，驗(yàn)證 VA 和 VB 的峰值 至少在 , 小于 +Vs 和 -Vs 的電壓。13. C5是一個(gè)旁路電容，其范圍在uF和 1uF之間增益相位特性要在一個(gè)閉環(huán)的機(jī)械伺服系統(tǒng)中使用 LVDT 傳感器，有必要知道傳感器的動(dòng)態(tài)特性和接口要素。當(dāng)傳感器的磁芯移動(dòng)時(shí)傳感器會(huì)非?？斓捻憫?yīng)。動(dòng)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(hào)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(diǎn)是頻率覆蓋范圍。圖 15 展示了機(jī)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(wèn)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(gè)更有限的頻率范圍與增強(qiáng)的精度。（這句話翻譯的也有問(wèn)題）這些圖將 輸入被認(rèn)為是按正弦變化機(jī)械位移，輸出是從AD698 輸出的電壓信號(hào)的一個(gè)傳遞函數(shù)； 傳遞函數(shù)的單位為伏特每