CN0288 本電路使用 EVAL-CN0288-SDPZ電路板和 EVAL-SDP-CB1Z SDP-B系統演示平臺控制器板。這兩片板具有120引腳的對 接連接器，可以快速完成設置并評估電路性能。EVAL-CN0288-SDPZ包含待評估電路；EVAL-SDP-CB1Z(SDP-B)與CN-0288評估軟件一起使用，可從EVAL-CN0288-SDPZ。 設備要求 需要以下設備： 帶USB端口的Windows? XP(32位)、Windows Vista?或 Windows 7 PC EVAL-CN0288-SDPZ電路板 EVAL-SDP-CB1Z SDP-B控制器板 CN-0288評估軟件 EVAL-CFTL-6V-PWRZ?直流電源或同等6 V/1 A臺式電源 Measurement Specialties, Inc., E-100經濟型LVDT(EVAL-CFTL-LVDT) 開始使用 將CN-0288評估軟件放進PC的光盤驅動器，加載評估軟件。打開我的電腦，找到包含評估軟件的驅動器。 功能框圖 電路框圖見圖1，完整的電路原理圖見EVAL-CN0288-SDPZ-PADSSchematic.pdf文件。PDF文件位于CN-0288設計支持包中。 ? 圖5. 測試設置框圖 ? 設置 將上的120引腳連接器連接到EVAL-SDP-CB1Z (SDP-B)上的CON A連接器。使用尼龍五金配件，通過120引腳連接器兩端的孔牢牢固定這兩片板。在斷電情況下，將一個6 V電源連接到電路板上的+6 V和GND引腳。如果有6 V壁式電源適配器，可將其連接到板上的管式連接器，代替6 V電源。EVALSDP-CB1Z附帶的USB電纜連接到PC上的USB端口。此時請勿將該USB電纜連接到EVAL-SDP-CB1Z上的微型USB連接器。 測試 為連接到EVAL-CN0288-SDPZ的6 V電源(或“壁式電源適配器”)通電。啟動評估軟件，并通過USB電纜將PC連接到EVAL-SDP-CB1Z上的微型USB連接器。 一旦USB通信建立，EVAL-SDPCB1Z就可用來發送、接收、采集來自EVAL-CN0288-SDPZ的并行數據。 圖6顯示EVAL-CN0288-SDPZ連接EVAL-SDP-CB1Z的照片。 有關EVAL-SDPCB1Z的信息，請參閱UG-277用戶指南。 有關測試設置、校準以及如何使用評估軟件來捕捉數據的詳細信息，請參閱CN-0288軟件用戶指南。 針對原型開發的連接 EVAL-CN0288-SDPZ針對EVAL-SDPCB1Z而設計；但任意微處理器均可與AD7992的I2C雙線式串行接口實現連接為使另一個控制器能與EVAL-CN0288-SDPZ一同使用，第三方必須開發相應的軟件。 目前已有一些轉接板能實現與Altera或Xilinx現場可編程門陣列(FPGAs)的接口。利用Nios驅動器，Altera的BeMicroSDK板能配合BeMicro SDK/SDP轉接板一同使用。任何集成FMC連接器的Xilinx評估板均可與FMC-SDP轉接板一同使用。 EVAL-CN0288-SDPZ還兼容Digilent、Imod接口規格。 系統照片如圖6所示。 ? 圖6. 連接到EVAL-SDP-CB1Z (SDP-B)板的EVAL-CN0288-SDPZ板，以及Measurement Specialties, Inc. E-100經濟型LVDT ? 工作原理 LVDT是絕對位移傳感器，可將線性位移或位置從機械參考點(或零點)轉換為包含相位(方向)和幅度(距離)信息的比例電信號。移動部件(探頭或磁芯桿組件)與變壓器之間無需電氣接觸即可完成LVDT操作。它依賴電磁耦合。由于這個原因，再加上它不采用內置電子電路即可工作，LVDT被廣泛用于某些環境下需要具備較長使用壽命和較高可靠性的應用，如軍事和航空航天應用。 就本電路而言，采用Measurement Specialties?, Inc.的E-100經濟型LVDT傳感器系列，與AD598搭配使用。E系列在整個范圍內的線性度為±0.5%，適合大多數應用在適中的工作溫度環境下使用。 AD598是一款完整的LVDT信號調理子系統。它能夠以較高精度和可重復性將LVDT傳感器機械位置轉換為單極性直流電壓。所有電路功能均集成于片內。只要增加幾個外部無源元件以設置頻率和增益，AD598就能將原始LVDT副邊輸出轉換為一個比例直流信號。 AD598內置一個低失真正弦波振蕩器，用來驅動LVDT原邊。正弦波頻率由單個電容決定，頻率范圍為20 Hz至20 kHz，幅度范圍為2 V RMS至20 V RMS。 LVDT副邊輸出由兩個正弦波組成，用來直接驅動AD598。AD598采用這兩個信號工作，將其差值除以其和值，產生一個單極性比例直流輸出。以前的LVDT調理器 可同步檢測該幅度差，并轉換絕對值為與位置成比例的電壓。這項技術采用原邊激勵電壓作為相位參考，以便確定輸出電壓的極性。該技術會產生一些問題，具體包括： 產生恒定的幅度、恒定的頻率激勵信號 補償LVDT原邊至副邊相移 相移的補償與溫度和頻率呈函數關系 AD598可解決所有這些問題。AD598無需恒定幅度，因為它根據LVDT輸出信號的差與和之比工作。由于輸入經整流，并且僅處理正弦波載波幅度，因此不需要恒定的頻率信號。由于未采用同步檢測，原邊與LVDT輸出之間無相移敏感性。 AD598工作的比例原則要求LVDT副邊電壓之和隨LVDT沖程長度的變化保持恒定。雖然LVDT廠商通常不指定VA+ VB與沖程長度之間的關系，但已知某些LVDT不滿足該要求。這種情況下，便產生了非線性的結果。然而，大部分LVDT確實能夠滿足這些要求。 器件選擇 遵循AD598數據手冊中的雙電源操作(±15 V)設計程序，將激勵頻率設為2.5 kHz、系統帶寬設為250 Hz、輸出電壓范圍設為0 V至5 V。 AD598內部振蕩器通常可產生少量紋波，會傳遞到輸出端。使用無源低通濾波器降低該紋波至要求的水平。 選擇電容值以設置系統帶寬時，需要作出某些權衡。選擇較小的電容值將使系統具有較高的帶寬，但會增加輸出電壓紋波。該紋波可通過增加反饋電阻兩端的并聯電容值得以抑制(反饋電阻用于設置輸出電壓電平)，但這樣做會增加相位滯后。 AD8615運算放大器緩沖AD598的輸出，而AD598可確保以低阻抗源驅動AD7992 ADC(高阻抗源會極大地降低ADC的交流性能)。 低通濾波器位于AD598的輸出和AD8615的輸入之間，起到兩個作用： 限制AD8615的輸入電流。 過濾輸出電壓紋波。 AD8615的內部保護電路使輸入端得以承受高于電源電壓的輸入電壓。這很重要，因為AD598的輸出電壓能夠在±15 V的電源下擺動±11 V。只要輸入電流限制在5 mA以內，輸入端便可施加更高的電壓。這主要是因為AD8615(1 pA) )具有極低的輸入偏置電流，因此可使用更大的電阻。使用這些電阻會增加熱噪聲，導致放大器總輸出電壓噪聲增加。 AD8615是用于緩沖并驅動12位SAR ADCAD7992輸入的理 想放大器，因為它具有輸入過壓保護，并且具備輸入端和輸出端軌到軌擺動能力。 噪聲分析 若所有信號調理器件已選定，則必須確定轉換信號所需的分辨率。如同大多數的噪聲分析一樣，只需考慮幾個關鍵參數。噪聲源以RSS方式疊加；因此，只需考慮至少高于其它噪聲源三至四倍的任何單個噪聲源即可。 對于LVDT信號調理電路而言，輸出噪聲的主要來源是AD598的輸出紋波。相比之下，其他噪聲源(AD8615)的電阻噪聲、輸入電壓噪聲和輸出電壓噪聲)要小得多。 當電容值為0.39 μF且反饋電阻兩端的并聯電容為10 nF(如圖2所示)時，AD598的輸出電壓紋波為0.4 mV rms。請注意，圖1中的簡化原理圖并未顯示這些器件以及相關的引腳連接；但詳情可參見AD598數據手冊。 圖2. 輸出電壓紋波與濾波器電容的關系 ? 能夠解析出來的最大rms數現在可通過將滿量程輸出除以總系統rms噪聲計算得到。 總RMS數 = 5 V/0.4 mV = 12, 500 有效分辨率可通過以2為底數，對總rms數求對數而獲得。 有效分辨率 = log2(12,500) = 13.6 Bits 從有效分辨率中減去2.7位，即可得到無噪聲碼分辨率： 無噪聲代碼分辨率 =有效分辨率 ? 2.7 位 = 13.6 位 ? 2.7 位 = 10.9 位 系統的總輸出動態范圍可這樣計算：將滿量程輸出信號(5 V)除以總輸出均方根噪聲(0.4 mV rms)，然后轉化為dB，其結果約等于82 dB。 動態范圍 = 20 log(5 V/0.4 mV) = 82 dB AD7992作為此應用的良好備用器件，與3.4 MHz串行時鐘配合使用時，具有12位分辨率和每通道188 kSPS的采樣速率。 測試結果 使用連接J3的Measurement Specialties, Inc. E-100經濟型LVDT，并通過數字示波器監控EVAL CN0288-SDPZ評估板上AD598 J6的輸出，則實際輸出紋波為6.6 mV p-p，如圖3所示。 圖3. 低通濾波器處理前的輸出電壓紋波 ? AD598輸出和AD8615輸入之間的低通濾波器(3 kΩ、0.01 μF)?3 dB帶寬為5.3 kHz，并可將紋波降低至2 mV p-p。 由于低通濾波器位于AD598輸出級和AD8615輸入級之間，數據便可從EVAL-CN0288-SDPZ評估板收集，如圖4所示。 圖4. CN-0288評估軟件屏幕截圖 ? AD598的紋波衰減至2 mV p-p，并且系統可獲得11位無噪聲代碼分辨率。 有關本電路筆記的完整設計支持包，請參閱http://www.analog.com/CN0288-DesignSupport。 飛行控制表面位置反饋中的應用 在美國，無人駕駛飛行器(UAV)，或稱無人駕駛飛機，正在國家安全方面扮演著越來越重要的角色。這些高科技、復雜的高空作業平臺受控于數英里外的人員，并且支持多任務。它們含有諸如空中偵察、作戰武器平臺、戰場戰區指揮和控制監督或無人空中加油站等功能。 UAV上這種復雜的系統采用無數電子傳感器，用于精確控制和反饋。若要控制UAV的高度(俯仰、滾動和偏航)，則需使用執行器對飛行控制表面施加作用力。這些執行器能否對位置實現精確測量對于保持正確的飛行路徑非常關鍵。 用于測量執行器位置的傳感器需要滿足三個基本標準：精度高、可靠性高和重量輕。由Measurement Specialties, Inc.公司設計的LVDT可滿足全部三個屬性。 多LVDT同步工作 在許多應用中，將大量LVDT近距離使用，如多計數測量。若這些LVDT以相似的載波頻率運行，雜散磁耦合可能導致拍頻。產生的拍頻可能會影響這些條件下的測量精度。為避免這種情況，所有LVDT均同步工作。 EVAL-CN0288-SDPZ評估板采用短路跳線連接跳線JP1和JP2，JP4并且不連接JP3，經配置后，可在兩個LVDT之間形成一個主振蕩器。每個LVDT原邊均以其自身的功率放大器驅動，以便在AD598之間共享熱負載。 CN0288 LVDT信號調理電路 選用的器件針對最大5 V的AD598單極性輸出優化；但也能用其它組合替換。 其它適用的單電源放大器包括AD8565和AD8601。由于具有輸入過壓保護以及輸入端和輸出端的軌到軌擺動能力，這些放大器是AD8615合適的替代品。若需采用雙電源工作，則建議使用ADA4638-1或ADA4627-1。 若AD598輸出±10 V雙極性信號，則建議使用AD7321。AD7321是一款雙通道、雙極性輸入、12位ADC，支持高達±10 V的 真正雙極性模擬輸入信號。 圖1所示電路是一款完整的無需調節的線性可變差分變壓器(LVDT)信號調理電路。該電路可精確測量線性位移(位置)。 LVDT是高度可靠的傳感器，因為其磁芯能夠無摩擦滑動，并且與管內部無接觸。因此，LVDT適合用于飛行控制反饋系統、伺服系統中的位置反饋、機床中的自動測量以及其他各種注重長期穩定性的工業和科研機電應用中。 本電路采用AD598LVDT信號調理器，包含一個正弦波振蕩器和一個功率放大器，用于產生驅動原邊LVDT的激勵信號。AD598還可將副邊輸出轉換為直流電壓。?AD8615 軌到軌放大器緩沖AD598的輸出，并驅動低功耗12位逐次逼近型模數轉換器(ADC)。系統動態范圍為82 dB，帶寬為250 Hz，非常適合精密工業位置和計量應用。 采用±15 V電源供電時，系統的信號調理電路功耗僅為15 mA；采用+5 V電源供電時，功耗為3 mA，是遠程應用的理想選擇。該電路可從300英尺外遠程操作LVDT，且其輸出最遠可驅動1000英尺。 本電路筆記討論LVDT基本操作理論和設計步驟，用于優化圖1中帶寬給定的電路，包括噪聲分析和器件選型方面的考慮。 圖1. LVDT信號調理電路(原理示意圖：未顯示所有連接和去耦) ? cn0288 圖1所示電路是一款完整的無需調節的線性可變差分變壓 器(LVDT)信號調理電路。該電路可精確測量線性位移(位置)。

LVDT是高度可靠的傳感器，因為其磁芯能夠無摩擦滑 動，并且與管內部無接觸。因此，LVDT適合用于飛行控 制反饋系統、伺服系統中的位置反饋、機床中的自動測量 以 CN0288 | circuit note and reference circuit info LVDT信號調理電路 | Analog Devices

• LVDT信號調理器
• 無需調整
• 低功耗

(analog)