AD7656的工作原理及在继电保护产品中的应用

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1 AD7656的性能简介 AD7656是高集成度、6通道、16bit逐次逼近（SAR）型ADC，它具有最大4 LSBS INL和每通道达250kSPS的采样率，并且在片内包含一个2.5V内部基准电压源和基准缓冲器。该器件仅有典型值160mW的功耗，比最接近的同类双极性输入ADC的功耗降低了60％。　　AD7656包含一个低噪声、宽带采样保持放大器（T／H），以便处理输入频率高达8MHz的信号。该AD7656还具有高速并行和串行接口，可以与微处理器（MCU）或数字信号处理器（DSP）连接。AD7656在串行接口方式下，能提供一个菊花链连接方式，以便把多个ADC连接到一个串行接口上。　　AD7656采用具有ADI专利技术的iCMOS（工业CMOS）工艺。iCMOS 工艺是一种高压半导体工艺与亚微米CMOS（互补金属氧化物半导体）和互补双极型工艺相结合的制造上艺。它能开发出承受30V电源电压的多种高性能模拟IC，并且其小封装尺寸是任何其他同类高电压IC都未曾达到的。与使用传统CMOS工艺的模拟IC不同，iCMOS器件能承受高电源电压，同时提高性能、显着降低功耗和缩小封装尺寸。AD7656是使用该种工艺设计制造的产品，所以非常适合在继电保护、电机控制等工业领域使用。图1是AD7656的内部原理框图。 2、AD7656的工作原理 AD7656足具有独立的六通道逐次逼近型（SAR）的模数转换器，转换处理和数据的精度是通过CONVST信号和一个内部晶振控制的。3个CONVST管脚允许3路ADC对独立同步采样。当3个CONVST管脚连接到一起时，就可以进行6个通道的同步采样。AD7656具有高速的并行和串行接口，允许其与Microprocessors和DSP进行接口。当使用串行接口模式时，AD7656具有的菊花链特性允许多个ADC和一个串行接口连接。由于在电力继电保护产品中以并行接口连接设计为主，所以下面将以并行接口的连接方式介绍其工作原理。 　　图2是AD7656在并行接口方式下的工作时序图。首先，通过MCU或DSP控制CONVST管脚启动转换，并保持该信号为高电平。AD7656启动转换信号后会自动输出BUSY信号，BUSY信号下降沿时，代表转换已经全部完成。此时，AD7656内部的6个寄存器中已经保存了转换的数据，然后通过控制片选CS和读RD信号依次顺序读出6个通道AD转换值。读出AD转换值后，改变CONVST为低电平信号。注意在设计时，一定要保证AD转换过程中CONVST管脚保持高电平。【内容导航】 第1页：第2页：AD7656在电力继电保护产品中的应用当前，继电保护产品在不断地更新换代并改变着设计模式。最初由于工艺和芯片等各方面因素的影响，第一代电力继电保护产品均采用模拟开关，配合单通道16bit的ADC设计，例如AD976，AD574等AD转换器产品；后来出现了使用16bit的AD7665和14bit的AD7685配合模拟开关的第二代继电保护产品，AD7665和AD7865在当前很多电力继电保护产品中仍有非常成功的应用案例；随着技术的更新和产品工艺的改进，尤其是其±10V双极多通道同步输入等技术特点，使AD7656有望成为电力继电保护的新一代产品。　　3.1AD7656前端模拟电路设计 AD7656可以支持输入±10V双极信号，按照经典的设计理论，需要对前端信号进行抗混叠滤波。为了满足16bit精度的要求，前端要选用高精度并且可以处理±10V双极信号的运算放大器作信号处理和滤波。　　3.2AD7656电源设计 3.2.1VDD和VSS 在AD7656的设计中，VDD和VSS主要作为采样保持开关工作的电源，图3是VDD和VSS工作的原理框图。一般设计时，需要保证大于VINx模拟输入端的输入电压范围，才能保证AD可靠工作。表1是AD7656在不同条件下需要的最小值。 　　实际设计中，可以采用几种方式得到VDD和VSS。一种方式是采用开关电源的方式来设计产生VDD和VSS；另一种是采用电荷泵的方式提供VDD和VSS；还有一种方式是使用DC-DC模块来提供VDD和VSS。由于AD7656对于VDD的纹波比较敏感，会直接影响采样得到的精度，所以，无论应用那种方式提供VDD和VSS，均要考虑较好的滤波系统。图4是一种采用美国ADI公司生产的ADP1611提供VDD和VSS的DC-DC方案设计。上一页1【内容导航】 第1页：第2页：AD7656在电力继电保护产品中的应用