通用LVDT信号调理器AD698：特性、设计与应用

在电子工程领域，线性可变差动变压器（LVDT）的信号调理是一个关键环节，它直接影响到测量的精度和稳定性。AD698作为一款完整的单片LVDT信号调理子系统，为工程师们提供了一个高效、可靠的解决方案。本文将详细介绍AD698的特性、设计过程以及应用场景，帮助工程师们更好地理解和使用这款产品。

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AD698的特性

单芯片解决方案

AD698集成了内部振荡器和电压基准，所有有源电路都集成在单片芯片上，只需添加少量外部无源元件，就能完成从机械位置到直流电压的转换，大大简化了设计流程。

无需调整

独特的比例式架构消除了传统LVDT接口方法的一些缺点，无需进行调整，提高了温度稳定性和传感器的互换性。

广泛的兼容性

能与半桥、4线LVDT等多种类型的位置传感器配合使用，适应不同的输入输出电压和频率范围，具有很强的通用性。

出色的性能指标

线性度可达0.05%，输出电压为11V，增益漂移典型值为20 ppm/°C，失调漂移典型值为5 ppm/°C，在各种环境条件下都能保证较高的测量精度。

宽频率范围

支持20 Hz到20 kHz的频率范围，满足不同系统的带宽需求。

单极性或双极性输出

可根据实际应用需求，提供单极性或双极性的直流输出，以适应不同的后续电路。

解码交流桥信号

还能对交流桥信号进行解码，进一步拓展了其应用范围。

设计过程

双电源操作设计

1. 确定振荡器频率：频率通常由系统所需的带宽决定。先确定LVDT位置测量子系统所需的机械带宽，然后选择约10倍于该带宽的最低LVDT激励频率。例如，若子系统带宽为250 Hz，则激励频率可选为2.5 kHz。接着选择能在此激励频率下工作的LVDT，如Schaevitz E100。最后根据公式 (C1 = 35 μF Hz / f_{EXCITATION}) 选择激励频率确定组件C1。
2. 确定振荡器幅度：设置幅度使LVDT处于机械满量程位置时，初级信号在1.0 V至3.5 V rms范围内，次级信号在0.25 V至3.5 V rms范围内，以优化线性度并降低噪声敏感性。对于4线LVDT，需确定其在机械满量程时的电压变换比VTR，根据相关公式计算电阻值。

单电源操作设计

单电源操作的设计步骤与双电源操作类似，但需额外确定R5、R6和C5的值。首先，根据 (R5 + R6 leq V{PS} / 100 μA) 计算R5和R6的最大值，再根据 (R5 geq frac{2 + 10 kΩ(frac{1.2 V}{R4 + 2 kΩ} + 250 μA + frac{V{OUT}}{4 × R2})}{100 μA}) 确定R5的最小值。同时，要确保在最大负载条件下，R5上的电压降满足要求。C5是一个0.1 μF至1 μF的旁路电容。

增益相位特性

在闭环机械伺服应用中使用LVDT时，需要了解传感器和接口元件的动态特性。AD698的频率响应图显示，其响应近似于两个实极点，但在较高频率下存在明显的额外相位。通过在R2上并联一个电容可以引入额外的滤波极点，但这也会增加相位滞后。在选择C2、C3和C4的值来设置系统带宽时，需要进行权衡。较小的电容会提供更高的系统带宽，但会导致输出电压纹波增大。

应用场景

传统LVDT应用

AD698可用于各种需要将LVDT的机械位置转换为直流电压的应用，如工业自动化、航空航天、汽车等领域的位置测量。

交流桥信号调理

桥路采用直流激励时，常受到热电偶效应、1/f噪声、电子设备的直流漂移和线路噪声拾取等问题的困扰。AD698通过添加一个简单的交流增益级，可以用于实现交流桥路的信号调理。该电路可用于电阻桥（如应变计）、电感或电容桥（常用于压力或流量传感器）等。这些传感器的低电平信号输出容易受到噪声和干扰，因此非常适合采用交流信号处理技术。

总结

AD698作为一款通用LVDT信号调理器，具有单芯片解决方案、无需调整、广泛的兼容性和出色的性能指标等优点。通过合理的设计和应用，可以满足不同领域的位置测量和信号调理需求。在实际应用中，工程师们可以根据具体的系统要求，选择合适的工作模式和外部元件，以实现最佳的性能和稳定性。你在使用AD698的过程中遇到过哪些问题呢？或者对它的应用还有哪些疑问？欢迎在评论区留言讨论。