AD598数据手册（部分翻译）

AD598数据手册（部分翻译）AD598数据手册工作原理LVDT与AD598连接的框图如图5所示。LVDT是一种机电换能器，它的输入为磁芯机械位移，而输出为一对与磁芯位移成比例的AC电压信号。图5AD598功能框图该换能器由一个初级绕组和两个次级绕组构成。初级绕组可以通过一个外部正弦波参考源进行激励；两个次级绕组串联，可动磁芯在初级和次级绕组间实现磁通耦合。AD598为LVDT次级提供激励源，检测LVDT次级绕组输出电压，并提供一个与可动磁性位置成比例的DC输出电压。AD598由正弦波振荡器、用来驱动LVDT初级绕组的功率放大器、用来确定LVDT两个次级绕组输出电压之差与和的比例关系的解码器、滤波器和输出放大器组成。该振荡器有一个输出三角波的多谐振荡器构成，该三角波驱动一个正弦波成形器后输出一个低失真的正弦波，该正弦波的频率仅由一个电容决定，且正弦波的频率的范围为20Hz～20KHz，幅度范围范围从2Vrms～24Vrms可调。典型的总谐波失真为-50dB。LVDT两个次级绕组的输出是一对正弦波的幅度差（VA-VB），它正比于可动磁芯的位移。前级LVDT调节器同步检测该幅度差并转化为与位置成比例的绝对值电压。该方法是利用初级激励电压作为相位参考来检测输出电压的极性。该方法相关的还有几个问题需要解决，例如：1）.提供幅度和频率都恒定的激励信号；2）.对LVDT次级到次级相移的补偿；3）.对温度和频率漂移的补偿。AD598消除了所有这些问题。AD598不要求激励信号幅度恒定，因为它得到的是LVDT输出信号的差与和的比值。也不需要恒定的激励频率，因为输入信号被整流，仅对正弦波载波幅度进行处理。对初级激励和LVDT输出间的相移不敏感，因为没有采用同步检波。根据比例测量原理，AD598要求LVDT次级绕组电压之和相对LVDT行程长度保持恒定。尽管LVDT工厂不说明VA+VB与行程长度之间的关系，经过确认，有一些LVDT不满足该要求，在这种情况下，得到的是非线性的结果。然而，实际上，大多数LVDT满足该要求。AD598采用的是专用译码电路。参考框图和下图6，采用了一个隐含的模拟计算环路。整流后，信号A和信号B分别与占空比互补的信号d和1-d相乘。这些处理后的信号之差经过积分送给比较器采样。比较器输出定义为原始占空比d，并反馈该占空比到乘法器。如下图6所示，积分器的输入为(A+B)d-B。因为积分器输入为0时，即：(A+B)d-B=0时，占空比d=B/(A+B)。产生d=B/(A+B)的输出比较器还控制一个被参考电流驱动的输出放大器。占空比信号d和(1-d)单独与参考电流调制后求和，如图6所示。输出的总电流为IREF×(1–2d)。由于d=B/(A+B)，所以输出电流等于IREF×(A–B)/(A+B)。接着，该输出电流经过滤波后，通过外接电阻R2转换为电压值，即：VOUT=IREF×A?BA+B×R2图6解码器框图AD598的连接AD598很容易连接为双电源或单电源工作方式，如图7和图12所示。下面所示的通用设计过程示范如何针对符合AD598输入/输出标准的LVDT选择AD598合适的外部元件。利用外部无源元件来设置的参数包括：激励频率和幅度、AD598系统带宽以及比例因子（V/inch）。另外，有一些可选可选参数，如零偏调整、滤波和信号积分需要用附加的外部元件。设计过程双电源工作图7所示是AD598采用±15V双电源时与SchaevitzE100型LVDT的连接图。该设计过程也实用于其它型号LVDT来选择外部元件值。设计步骤依次如下：图7双电源工作连接图1.确定LVDT位移测量子系统所要求的机械带宽fSUBSYSTEM。例如，fSUBSYSTEM=250Hz。2.选择最小LVDT激励频率，大约为fSUBSYSTEM的10倍。因此，激励频率为2.5KHz。3.选择适合在激励频率为2.5KHz时工作的LVDT。作为实例的SchaevitzE100工作范围为50Hz～10KHz，符合该实例假定的条件。4.确定LVDT次级绕组电压VA和VB之和。根据生产商的数据手册所示的典型的驱动电平VPRI（对E100来说VPRI=3Vrms）来激励该LVDT。调节可动磁芯到其中间位置，此时应有VA=VB，测量这两个值并计算出它们的和VA+VB。对E100来说，VA+VB=2.70Vrms。该结果在随后确定AD598输出电压时要采用。5.确定LVDT最佳激励电压VEXC。用典型的驱动电平VPRI来激励该LVDT，调节可动磁芯到其满刻度位置，并测量出次级绕组输出信号最大时的输出电压VSEC。计算出该LVDT电压转换率VTR：VTR=VPRIVSEC对E100来说，VPRI=3Vrms时VSEC=1.71Vrms。因此，VTR=1.75。对于AD598的最大线性度和最小噪声敏感度来说，AD598输入信号VSEC范围为1Vrms～3.5Vrms，所以，选择VSEC=3Vrms。因此，该LVDT的激励电压VEXC应为：VEXC=VSEC×VTR=3×1.75=5.25Vrms通过检验VA和VB的峰值电压来检查电源电压。VA和VB的峰值电压至少2.5V，但小于电源电压+VS和-VS。6.参考图7，对VS=±15V时，根据图8所示的曲线选择确定激励信号幅值的电阻R1。图8激励电压VEXC与调节电阻R1关系曲线7.选择确定激励频率的电容C1。C1=35fEXCITATION（Hz）（μF）8.C2、C3和C4时是AD598构成的位移测量子系统带宽的函数。他们取值应该相等。C2=C3=C4=10?4fSUBSYSTEM（Hz）（F）如果期望系统带宽为250Hz，那么：C2=C3=C4=10?4=0.4μF关于AD598带宽和相位特性的更多信息，请参考图13、14和15。9.为了计算AD598增益或满刻度输出范围调节电阻R2，需要了解如下几点信息：a．LVDT灵敏度S；b．满刻度可动磁芯位移d；c．生产商推荐的初级驱动电平VPRI与第四步中计算出的（VA+VB）的比值。LVDT的灵敏度列表在LVDT生产商的手册中，单位为在每英寸位移每1V输入激励电压时输出的毫伏数（mV/V/inch）。E100的灵敏度为2.4mV/V/mils。在生产商没有给出LVDT的灵敏度的情况下，也能测出它的灵敏度。参考确定LVDT的灵敏度。对于满刻度为d″的位移来说，AD598输出电压按下式计算：VOUT=S×VPRIVA+VB×500μA×R2×dVOUT测量要相对其参考信号Pin17进行，如图7所示。求出R2：R2=VOUT×VA+VBS×VPRI×500μA×d（1）注意：VPRI与在第四步中确定（VA+VB）时是相同的。对于VOUT=20V的满刻度范围（±10V）和d=0.2″满刻度位移（±0.1″），则有：R2=20V×2.70V2.4mV/V/mils×3V×500μA×0.2″≈75.3KΩ针对上例，VOUT与位移d的关系曲线如下图9所示：图9VOUT（满刻度±10V）与可动磁芯位移d（±0.1″）的关系曲线10.选择R3和R4，设置输出电压的正负偏移。VOUT(V)d(″)VOS=1.2V×R2×1★1?（2）*所标记电阻值容差不超过±20%。如果没有偏置调节R3和R4时应开路。对于设计一个位移为±0.1″时，输出电压为0V～+10V的电路来说，设置VOUT=+10V、d=0.2″并通过方程式（1）计算出R2：R2=10V×2.70V2.4mV/V/mils×3V×500μA×0.2″≈37.6KΩ该情况下的响应如图10所示。图10VOUT（满刻度±5V）与可动磁芯位移d（±0.1″）的关系曲线在方程式（2）中，设置VOS=5V，并计算出R3和R4。由于期望正向偏置，因此，让R4开路。整理方程式（2），并计算出R3：R3=1.2×R2VOS5KΩ≈4.02KΩVOUT(V)d(″)响应曲线如图11所示。图11VOUT（满刻度0V～+10V）与可动磁芯位移d（±0.1″）的关系曲线单电源工作图12所示为单电源工作连接图。图12单电源工作连接图VOUT(V)d(″)对于单电源工作来说，重复上述双电源工作时的1～10步的设计过程，接着，完成下面额外的第11～14步，确定R5、R6和C5的值。VOUT相对于SIGNALREFERENCE进行测量。11.基于下述关系式完成R5和R6最大值的计算：R5+R6≤VPS100μA12.电阻R5上的压降必须大于下式给定的值：2+10KΩ?×1.2VR4+5KΩ+250μA+VOUT4×R2（V）因此R5≥2+10KΩ?×1.2VR4+5KΩ+250μA+VOUT4×R2100μA（Ω）*所标记电阻值容差不超过±20%。基于第11步所给定的R5+R6的约束条件和第12步所给定的R5的约束条件，临时选择电阻R6的值。13.通过负载电阻RL的电流返回到R5和R6的节点，并流回到VPS。在最大负载条件下，确保电阻R5上的压降符合上述第12步中给出的要求。最后检查电源电压。VA和VB的峰值电压至少2.5V，但小于电源电压+VS和-VS。14.旁路电容C5的选择范围为0.1μF～1μF。确定LVDT的灵敏度通过测量LVDT次级电压与次级激励和可动磁芯的位移，经过简单计算就可以确定LVDT的灵敏度。利用生产商推荐的初级驱动电平VPRI（对E100来说为3Vrms）来激励LVDT。先设置可动磁芯到VA=VB的中间点，再设置可动磁芯位移为机械满刻度位置并测量出次级电压VA和VB。灵敏度S=VA（满刻度）?VB（满刻度）VPRI×d根据图18所示：灵敏度S=1.71V?0.99V3×100mil=2.4mV/V/mil图18LVDT次级电压与可动磁芯位移