Analoges Frontend mit hoher Gleichtaktunter­drückung für die Prozesssteuerung

Anbieter zum Thema

ROHM Semiconductor GmbH

TRACO ELECTRONIC GMBH

ISH Ingenieursozietät GmbH

Analog Devices

Am Ausgang des AD8226 steht ein bipolares Signal zur Verfügung, das den Eingang des AD8275 treibt. Der AD8275 dämpft und passt den Pegel des bipolaren Eingangs an und bietet eine Verstärkung von 0,2. Somit steht bei einem differenziellen Eingangssignal von 20 V_ss am Ausgang eine massebezogene Spannung von 4 V_ss zur Verfügung. Die 4,5-V-Präzisionsreferenz ADR439 wird verwendet, um sowohl die interne Gleichtaktreferenzespannung für den AD8275 (V_REF/2 = 2,25 V) wie auch die externe Referenzspannung für den A/D-Wandler AD7685 bereitzustellen.

Unter diesen Bedingungen liegt der Spannungshub am Ausgang des AD8275 zwischen 0,25 und 4,25 V. Dies liegt im Bereich der zulässigen Eingansspannungen des AD7685 von 0 bis 4,5 V.

Der ADP1720 liefert die 5-V-Versorgungsspannung für den AD8275 und den AD7685. Der ADP1720 wurde wegen seines großen Eingangsspannungsbereichs bis zu 28 V gewählt. In dieser Schaltung ist der ADP1720 nur erforderlich, um die Bausteine AD8275 und AD7685 mit etwa 4 mA zu versorgen. Somit beträgt die Leistungsaufnahme im Regler bei einer Eingangsspannung von 28 V im ungünstigsten Fall etwa 90 mW. Dies ermöglicht den Betrieb des kompletten Systems an den externen ±15-V-Versorgungen.

Gleichtaktunterdrückung auf Systemebene

Die ersten Tests wurden zur Überprüfung der CMRR-Leistungsfähigkeit des AD8226 auf Systemebene mit dem ADC durchgeführt. Eingangstestfrequenzen von 10; 100; 500 Hz, 1k; 2; 3; 4 und 5 kHz wurden mit einem Eingangssignal von 18 V_ss verwendet.

Tabelle 1 zeigt die Testergebnisse. In Test 1 sind die Signale AIN+ und AIN− miteinander verbunden und an die AC-Testfrequenz angeschlossen. Die Ergebnisse wurden mit einem FFT-Analysator gemessen. Der AD8226 sollte das AC-Signal unterdrücken, da seine Eingänge miteinander verbunden sind.

In Test 2 wird das Signal an AIN+ angelegt und AIN− mit Masse verbunden. In diesem Fall misst der FFT den Frequenzpegel. Die Gleichtaktunterdrückung lässt sich dann als Differenz der FFT-Ergebnisse zwischen Test 1 und Test 2 berechnen. Tabelle 1 fasst die CMR-Werte bei verschiedenen Frequenzen zusammen. Es sollte beachtet werden, dass die Gleichtaktunterdrückung des AD8226 auf 80 dB bei 5 kHz spezifiziert ist, damit die Gleichtaktunterdrückung auf Systemebene gleich bleibt.

Dynamische Leistungsfähigkeit auf Systemebene

Die AC-Genauigkeit des Systems wurde ebenfalls auf Systemebene getestet. Dabei arbeitete der AD7685 mit einer Abtastrate von 250 kSample/s. Bild 2 zeigt ein FFT-Testergebnis für einen 5-Vss-Eingang bei 10 kHz. Die im Plot gezeigten Ergebnisse sind:

• SNR = 87,13 dBFS,

• SINAD = 85,95 dBFS,

• SFDR = 81,82 dBc,

• THD = −78,02 dBc.

Die Leistungsfähigkeit dieser oder einer beliebigen schnellen Schaltung hängt stark vom richtigen Leiterplattenlayout ab. Dies beinhaltet unter anderem eine Entkopplung der Stromversorgung, Überprüfung der Leitungsimpedanzen (wo erforderlich), Bauteileplatzierung, Signalleitungen und Versorgungs- und Masseflächen.

Häufige Varianten

Diese Schaltung arbeitet mit den gezeigten Bauteilewerten einwandfrei mit guter Stabilität und Genauigkeit. Andere A/D-Wandler von Analog Devices können statt des AD7685 eingesetzt werden, um eine noch höhere Geschwindigkeit/Auflösung oder eine höhere Leistungsfähigkeit zu erzielen.

Der AD7688 bietet einen echten differenziellen Eingang, um eine noch bessere Gleichtaktunterdrückung zu erreichen. Der 18 Bit A/D-Wandler AD7982 bietet eine höhere Auflösung bei Geschwindigkeiten von bis zu 1 MSample/s und ist ebenfalls komplett differenziell.

(ID:30873840)