设计一个完整的工业ADC接口

文章作者:Patrick Weber

设计人员通常使用0- 20毫安，0- 10V隔离输入工业应用控制信号。隔离电源、内置隔离Analog Devices AD7400 sigma-delta调制器和德州仪器MSP430微控制器的组合，为需要完整、隔离和健壮的模拟信号接口的工业设计师创造了一种设计。一个精确的信号调理电路产生AD7400所需的小差分电压(图1)。该电路产生所需的200 mv差动电压。为清晰起见，图中省略了过电压二极管和保护电路。

图1:这个简单的交流电源电压监控器的输出是一个方波，其宽度与输入电压水平成正比。

一个0到20毫安的电流回路通过适当比例的电阻R转换为电压₂，输入一个精密运算放大器。连接到负输入端的信号电平，通过在放大器的正输入端保持恒定的电压而得到一个正偏移。0到10V信号，如电位器的信号，也缩放到类似于0到20 ma信号的电压，并累加到Analog Devices OP1177放大器的负端，IC₁。
将信号移至0V以上的结果是一个类似于正的、单端模拟信号的信号。一个差分adc驱动放大器，Analog Devices的AD8138，驱动AD7400。增益缩放使得合成信号在±200mv内，这是ADC所要求的。最后，在连接到AD7400之前，信号通过一个低通滤波器₁₀, R₁₁C₄在正极和负极之间创建。AD7400转换这种差分信号并使用低成本的微控制器处理它。sigma -delta调制器adc，如AD7400，通常与FPGA或DSP接口。然而，这种方法在成本和复杂性上都付出了很高的代价。对于不需要高级滤波的成本敏感应用，可以使用一个简单的微控制器。

__图2:__这些示波器痕迹显示MDAT，反向MCLKOUT，和结果数据流(courtesy LeCroy)。

AD7400有两个输出，MCLKOUT和MDAT (图2)。MCLKOUT，一个10MHz时钟，同步调制数据流，MDAT。AD7400将MDAT解释为一段时间内的一个百分比。由于MDAT仅在MCLKOUT的上升沿发生变化，因此电路必须将MDAT和MCLKOUT结合在一起，以产生微控制器可以计数的脉冲流。微控制器首先将MCLKOUT倒置，以防止在MDAT的过渡边缘处计算无意的故障。图中显示了MDAT、反向MCLKOUT和结果数据流。

图3:AD7400串行ADC将模拟输入数字化，并提供简单、低成本的微控制器。

脉冲数据信号和反向MCLKOUT分别馈入微控制器上的一个单独的计时器/计数器(图3)。TI MSP430F2274提供两个16位计数器，可以支持高达16MHz的操作速度。当时钟计数器发出溢出中断信号时，电路通过对数据计数器采样来测量ADC值。对于这个应用程序，在循环缓冲区上运行平均数量的数据度量可以方便地过滤数据。

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这篇文章是由编辑挑选的重新出版的设计构思。它于2007年7月5日首次发表在EDN.com上