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应用笔记：介绍一般原则适用于ADI的所有ADC资料下载
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2021-04-06
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作者：Aileen Ritchie和Claire Croke
简介
本应用笔记提供指南，概述如何将输配电应用的系统级要求转换成ADI数据手册中提供的模数转换器(ADC)规格。这些指南描述了测量和保护设备对系统级性能的影响。本应用笔记使用AD7779作为参考。但是，本应用笔记介绍的一般原则适用于ADI的所有ADC。
系统级要求
尽管系统级规格因应用而异，但是一些关键要求可运用至大部分应用，包括最大和最小标称工作电流(INOM)和精度规格。精度通常取决于测量或保护标准，规定了电流、电压或电能测量值的特定百分比误差。
主要规格
ADC或数据采集系统(DAQ)的交流或动态性能表示为给定输入频率和采样速率(fS)或输出数据速率(ODR)下的SNR、SINAD和THD。这些主要规格和描述如下所示：
• 信噪比(SNR)指实际输入信号的均方根值与奈奎斯特频率以下除谐波和直流以外所有其它频谱成分的均方根和之比。SNR用dB表示。
• 动态范围(DR)指DAQ/ADC产生的最大输入信号与最小输入信号之比。DR用dB表示。
• 信纳比(SINAD)指实际输入信号的均方根值与奈奎斯特频率以下包括谐波但排除直流的所有其它频谱成分的均方根和之比。SINAD一般用于衡量ADC或DAQ信号链的测量分辨率。SINAD用dB表示。
• 总谐波失真(THD)指前五个谐波成分的均方根和与满量程输入信号的均方根值之比。THD用dB表示。有关主要规格的详情，请参见MT-003：解SINAD、ENOB、SNR、THD、THD N和SFDR，不在噪底中迷失。
下述两种情形可能需要高DR：
• 需要将输入范围中的信号解析成高精度。
• 需要以适当的精度测量变化范围大的信号。
通过不同的信号链设计实现DR，信号链设计将在“信号链实现”部分进行进一步讨论。
转换各种规格
要确定DAQ或ADC需要什么样的性能水平，可分析以下要求：
• DAQ/ADC的工作输入范围。
• 输入范围内的精度要求。
“输入范围”部分将说明如何计算这两个要素的影响。
输入范围
计算测量输入范围所需的DR的方式是使用ADC必须测量的最大和最小电流(或电压)之比。输入范围的DR(DR输入范围)通过下式计算：
为了允许不确定性，此输入范围的上限通常需要留出设计裕量。
使用相同的步骤，通过最大和最小电压输入计算电压通道的DR。下式用于将输入范围的DR转换成用dB表示的值(DRInput Range (dB))。
请注意，以上公式假定最大电流可直接用最大ADC输入电压衡量。
如果并非如此，则需要在DR上留出额外的裕量，以对未使用ADC的满量程输入范围进行补偿。
精度
系统精度指测量值的允许误差。通常，系统精度用相对于测得信号的百分比误差表示，例如：整个工作范围内误差为0.5%。
或者，也可以将精度表示为相对于标称信号或的百分比误差或绝对值。要将此要求转换成DR值，使用的最小输入处的百分比误差如下式所示：
其中，DRAccuracy (dB)指达到指定精度所需的DR。
必须注意，理想精度必须在指定测量时间内实现，在DAQ/ADC的每个输出样本中并非必要。例如，在保护应用中，算法可能使用所有从AD7779收集到的样本，并将样本在半个电力线路周期上进行平均，以得到最终结果。在计量应用中，测量周期可能大幅延长。例如，rms读数可能在10个电力线路周期过后更新。在这种情况下，作为ADC的AD7779会在整个周期内产生多个样本，这些样本可以取平均值。平均或过采样过程的结果会降低本底噪声。本底噪声降低的数值取决于整个测量周期内可用的ADC样本数量，如下式所示：
其中：
DRAveraging (dB)指通过在No_Samples(dB)范围内取平均值实现的DR降低量(dB)。
No_Samples指在测量时间内产生的ADC输出样本的数量。要计算样本数(No_Samples)，需要用到AD7779 ODR。
AD7779可实现的输出数据速率最高为16 kSPS。参见下式：
通过取平均值得到的正DR净值可得出DRAccuracy (dB)规格的降低量，因此该值必须通过对DR取平均值重新计算。
得到的DAQ/ADC性能要求
最终的DAQ/ADC DR规格通过将输入范围的DR贡献添加至精度DR进行确定。
总谐波失真(THD)的影响
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