AD637中文數(shù)據(jù)手冊

1、AD637中文數(shù)據(jù)手冊By Hi_Cracker whu高精度，寬帶有效值直流轉(zhuǎn)換器FEATURES精度高：0.02 %最大非線性，0 V至2 V有效值輸入波峰因數(shù)為 3 時有 0 . 10 的附加誤差寬的帶寬：2 V 有效值輸入時的帶寬為 8MHz100 mV 的有效值貸款為 600kHz 計算：真有效值平方均方絕對值dB輸出（60 dB的范圍內(nèi)）允許片選 / 斷電功能 模擬三態(tài)操作靜態(tài)電流降低到從 220毫安到350卩A封裝形式：14引腳SBDIR低成本 CERDIP14引腳和16引腳SOIC_WGENERAL DESCRIPTIONAD637是一個完整的，高精度單片RMS-to- DC轉(zhuǎn)

2、換器，它可以計算任何復(fù)雜波形的真有效值。在集成電路的 rms-to-dc 轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，它提供了前所 未有高性能，并且可以在精度，帶寬和動態(tài)范圍方面和分立模塊化技術(shù)相媲 美。在AD637采用了波峰因數(shù)補(bǔ)償方案，當(dāng)測量信號的波峰因數(shù)達(dá)到 10時，他的額外誤差仍然保持在低于1%的水平。對于寬帶寬的AD637,當(dāng)輸入信號的有效值是200 mV時，可以測量高達(dá) 600 kHz的信號，當(dāng)輸入信號的有效 值是 1V 時，它可以測量的信號高達(dá) 8 MHz。與ADI公司以前的單片有效值轉(zhuǎn)換器相同，AD637有一個輔助dB輸出，提供給用戶。對數(shù)均方根形式的輸出被引到了一個單獨的引腳，允許直接的 范圍為 60 分貝

3、的 dB 測量。用戶通過設(shè)定基準(zhǔn)電流來選擇 0 dB 參考電壓， 這個參考電壓可以在 0.1 V和2.0 V （均方根）之間變化。允許用戶通過控制 連接在AD637上的芯片選通端，使AD637在不工作期間，將電源電流降低到 2.2毫安至350卩A。此功能保證了在遠(yuǎn)程與手持式設(shè)備中有效值測量精度的 同時，使其功耗也是最低的。 此外，當(dāng)AD637掉電時，輸出變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。 這允許幾個 AD637s 連接在一起，形成一個寬頻帶真有效值多路轉(zhuǎn)換器。AD637 保護(hù)輸入電路免受超過電源電平的過載電壓的影響。如果不提供電 源電壓，設(shè)備不會被輸入信號損壞。AD637是提供以下應(yīng)用：商用溫度范圍（0 C至7

4、0 C）的應(yīng)用，此時精確度是J和K等級；工業(yè)溫度范圍（-40 C至+85 C）的應(yīng)用，此時精確度 是A和B；在-55 C至+125 C的溫度范圍內(nèi)，此時精確度是S。所有的版本 都存在以下的密封形式，14弓|腳SBDIP 14弓|腳CERDIP和16弓I腳SOIC_W封裝。AD637 可以得出任何復(fù)雜的交流（或交流加直流）輸入波形的真均方根， 平均平方或絕對值，并給出了一個等效的直流輸出電壓。一個波形的真有效 值是比平均整流信號有用的，因為它直接與信號功率相關(guān)連。一個統(tǒng)計信號 的 rms 值也是與其標(biāo)準(zhǔn)差相關(guān)聯(lián)的。AD637 通過激光晶圓修整， 在無需外部微調(diào)的條件下就可以達(dá)到額定性能。 唯一需

5、要的外部元件是一個電容器，用于設(shè)置平均時間周期。電容值也決定 了低頻率精確度，紋波水平，穩(wěn)定時間。芯片上的緩沖放大器可以作為一個 輸入緩沖器， 也可以配置成一個有源濾波器。 該過濾器可以減少交流紋波量， 提高精度。FUNCTIONAL DESCRIPTIONAD637 體現(xiàn)了是一種隱式求解均方根的方法，他克服了直接有效值計算 固有的限制。AD637進(jìn)行的實際計算如下方程所示：（見美信官網(wǎng)數(shù)據(jù)手冊）。圖4是一個簡化的示意性的 AD637,可以細(xì)分為四個主要部分：絕對值 電路（有源整流器） ，平方器 /除法器，濾波電路，緩沖放大器。輸入的交流 或直流電壓（VIN）可以通過有源整流器 A1和A2,被

6、轉(zhuǎn)換為一個單極電流 I1 。 I1 驅(qū)動平方 / 除法器的一個輸入端，它具有轉(zhuǎn)換功能。 （表達(dá)式見美信官 網(wǎng)數(shù)據(jù)手冊）平方/除法器輸出電流I4驅(qū)動A4,與外部的平均電容形成一個低通濾波 器。如果濾波器的 RC時間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸入信號的最長周期，則A4的輸出正比于I4的平均值。此濾波放大器的輸出提供給A3，產(chǎn)生I3，然后返回到平方 /除法器完成隱式均方根計算。（表達(dá)式見美信官網(wǎng)數(shù)據(jù)手冊） 、為了計算輸入信號的絕對值，平均電容器被刪去。然而，在平均電容器弓 腳接一個小的電容，大約5pf,可以增加穩(wěn)定性。該電路的工作過程與均方根的配置相同的，不同的是現(xiàn)在I3等于I4。（表達(dá)式見美信官網(wǎng)數(shù)據(jù)手冊）分母

7、電流也可以提供由引腳6出的外部參考電壓（VREF提供。該電路的工作過程與有效值的計算情況相同，不同的是現(xiàn)在I3與VREF成比例。（表達(dá)式見美信官網(wǎng)數(shù)據(jù)手冊）STANDARD CONNECTIONAD637在主要目的是有效值測量的應(yīng)用中的連接是簡單的。圖5顯示rms測量的標(biāo)準(zhǔn)連接，只有需要一個外部電容設(shè)置平均時間常數(shù)即可。在此配置 中， AD637 計算任何輸入信號的真有效值。平均誤差的大小依賴于平均電容 的容值，他只在低頻率條件下存在。例如，如果濾波電容Cav是4卩F,則誤差在10 Hz時為0.1 %，在3 Hz時增大到1%。若要測量交流信號， AD637可 以在輸入端串聯(lián)一個非極性電容進(jìn)行交

8、流耦合，如圖5 中所示。AD637 的性能可以容忍電源電壓的微小變化，然而，如果使用的電源含有相當(dāng)大的高頻脈動，這可以通過一個0.1卩F的旁路電容，來完成電源的耦合，瓷片電容應(yīng)盡可能的靠近設(shè)備。AD637 的輸出信號的范圍是電源電壓的函數(shù)，如圖 6中所示。輸出信號，可以使用緩沖或不使用緩沖，這主要取決于負(fù)載的特性。如果需要沒有緩沖 的的電路，則緩沖器輸入端（引腳 1 ）需要接到公共端。 AD637 輸出能夠 驅(qū)動，電流5毫安阻值2k Q的負(fù)載，而不會降低該裝置的精度。CHIP SELECTAD637 包括一個芯片選擇功能，它允許用戶減少靜態(tài)電流從 2.2 毫安到 350卩A。這是通過用低于 0

9、.2 V的直流驅(qū)動CS引腳（Pin5）實現(xiàn)的。在這些 條件下，輸出進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。除了降低功率消耗以外，也使多個AD637可以并聯(lián)連接，以形成一個寬頻帶有效值多路轉(zhuǎn)換器。通過將引腳5 置高來禁用該芯片。OPTIONAL TRIMS FOR HIGH ACCURACYAD637 包括提供了對輸出偏移和比例因子錯誤的修整，從而顯著降低最 大總誤差，如圖 7 中所示。殘余誤差是由于在絕對值電路中的不可調(diào)輸入偏 置和設(shè)備本身的非線性所導(dǎo)致的。參照圖 8，微調(diào)過程如下：?偏移微調(diào)：輸入信號引腳（VIN）接地，然后調(diào)整R1直至輸出引腳 9輸出 0V 即可?；蛘?，調(diào)節(jié) R 1，直到在輸出端得到最接近期望的

10、VIN 值為止。?比例因子微調(diào)：在輸入端串聯(lián)R4 來降低比例因子的浮動范圍。連接所需的滿量程至輸入端 VIN,這里可以使用直流或校準(zhǔn)的交流信號，然后微調(diào) 電阻R3,直到在引腳9得到正確的輸出（即，在輸入端輸入1 V直流的直流信號，然后在輸出端得到1.000 V DC）。輸入一個2 Vpp的正弦波，產(chǎn)生0.707 V 直流輸出。其他的錯誤是由于非線性引起的。CHOOSING THE AVERAGING TIME CONSTANTAD637可以得出AC和DC信號的真有效值。對于直流輸入信號，輸出跟 蹤輸入信號的絕對值，對于交流信號， AD637 的輸出接近輸入信號的真有效 值。與理想的有效值之間的

11、偏差主要是由于平均誤差的緣故。平均誤差包括 了交流分量和直流分量。這兩個成分是輸入信號頻率f和平均時間常數(shù)T的函數(shù)（T : 25毫秒/卩F）。圖9表明，平均誤差被定義為交流分量峰值（紋 波） 和直流誤差。 上述定義的交流紋波分量大致由下列表達(dá)式來提供。 （表達(dá) 式見美信官網(wǎng)數(shù)據(jù)手冊）此紋波對測量的準(zhǔn)確性造成了顯著的不確定性。這種不確定性，可以通 過使用一個后置濾波網(wǎng)絡(luò)，或通過增加的值的平均電容來顯著地減少。直流 誤差以頻率的形式顯示， 主要與 AD637 的輸出處的偏移有關(guān)， 并有如下關(guān)系： （表達(dá)式見美信官網(wǎng)數(shù)據(jù)手冊）由于被 Cav 設(shè)定的平均時間常數(shù)，直接決定了在計算有效值期間有效值 轉(zhuǎn)換

12、器保持輸入信號的時間，所以直流誤差的大小僅由 Cav 決定，而不受后 置濾波的影響。通過增加平均電容值可以大大降低交流紋波分量的平均誤差。但是有兩 個主要的缺點：平均電容值變得非常大，并且 AD637 的穩(wěn)定時間是與平均電 容值成正比增加的（TS= 115毫秒/卩F）。降低紋波的優(yōu)選方法是通過使用后 置濾波器網(wǎng)絡(luò)， 如圖 11 中示出。 這個網(wǎng)絡(luò)可以配置成一階或 2 階。對于大多 數(shù)應(yīng)用，一階濾波器在整體紋波和建立時間之間給出最好的平衡。圖12示出了在標(biāo)準(zhǔn)的測量均方根的電路連接條件下，Cav,正弦波頻率，平均誤差值三者之間的函數(shù)關(guān)系。圖 12的右側(cè)示出了 1的穩(wěn)定時間。圖 13 示出了平均誤差

13、，信號頻率的穩(wěn)定時間，以及平均電容值之間的 關(guān)系。圖 13繪制了濾波電容值是 3.3 倍的平均電容值下的曲線。這個比例的 大小設(shè)置使AC和DC誤差等于50 Hz。作為一個例子，通過使用一個1F的平均電容和一個3.3卩曲勺濾波電容，為60赫茲的輸入信號的紋波從只使用平 均電容下的 5.3降到使用一階濾波器條件下的0.15。這給使得紋波降低了30倍，而建立時間僅增加了 3倍。濾波器電容器 C2和濾波電容器 Cav的值， 可以根據(jù)所需的平均誤差和穩(wěn)定時間配合圖 13來計算出來。輸入信號的對稱性平均誤差的大小也有影響。 表 5給出了不同類型的 60 Hz 的輸入信號的實際條件下的值。這些電容值可以直接

14、縮放的頻率不是60赫茲的情況下，也就是說，例如，對于 30 赫茲，這些值被加倍，對于 120 赫茲，他們被減半。對于那些對紋波極其敏感的應(yīng)用，建議使用兩階配置。這種配置最大限 度地減少電容值和穩(wěn)定時間，同時最大限度地提高了性能。FREQUENCY RESPONSEAD637 在不同信號電平條件下的頻率響應(yīng)如圖 15 中所示。虛線表明的上 限頻率受到 1 ， 10，和 3 分貝附加誤差的限制。例如，請注意，對于一 個2 V rms輸入，限制1 %的附加誤差，這樣允許的最高頻率為200 kHz。一個200 mV信號，在附加誤差為 1 %的限制下，最高可達(dá) 100 kHz。 為了充分利用 AD637

15、 的寬帶寬特性，在選擇輸入緩沖放大器方面必須注意。 為了確保輸入信號能準(zhǔn)確地傳遞給轉(zhuǎn)換器，輸入緩沖器的 3 分貝帶寬一定要 大于 AD637 的帶寬。注意：轉(zhuǎn)換率在應(yīng)用中的重要性。例如，一個 1 有效值 為1V, 5MHz的正弦波輸入信號所需的最小壓擺率為44 V /卩s的。用戶請注意，這是上面指的是上升或下降的二者共同需要的最小壓擺率，所以緩沖放 大器的選擇必須謹(jǐn)慎,因為有些放大器上升沿和下降沿的壓擺率之間存在差 異。 AD845 是一個精確的符合要求的的輸入緩沖區(qū),建議使用。AC MEASUREMENT ACCURACY AND CREST FACTOR 在確定交流測量準(zhǔn)確性時，波峰因素往

16、往被忽視。波峰因數(shù)被定義為信號振幅峰值與信號有效值（CF = Vp/ Vrms）的比。最常見的波形，如正弦波 和三角波，具有相對較低的波峰因素（W2）。低占空比的脈沖序列，如發(fā)生在開關(guān)電源和可控硅電路的波形，有較高的波峰因素。例如，一個占空比為 1的矩形脈沖序列的波峰因數(shù)為10。圖18這條曲線顯示了，有效值為1 V的輸入信號在波峰因素從 1到11變化過程中額外讀數(shù)錯誤的情況。用于此測試的是一個矩形脈沖序列（脈沖 寬度為100卩s）,有效值測量中它是最壞情況下的波形，（峰中包含了所有的能量）。占空和波峰的振幅不斷變化以產(chǎn)生從 l 至 10 的波峰因素，同時保持 恒定的輸入信號的有效值是1V。CO

17、NNECTION FOR dB OUTPUTAD637 的另一特征，是對數(shù)，或以分貝，輸出。計算分貝的內(nèi)部電路，在超 過 60 dB 的范依然工作的很好。 圖 20 示出了 dB 測量連接。 用戶選擇了通 0dB 級別，通過設(shè)置 R1選擇了適當(dāng)?shù)? dB參考電流，設(shè)置取消了從平方 /除法器 電路輸出電流在期望的 0 dB 點（ which is set to cancel the log output current from the squarer/divider circuit at the desired 0 dB point. ？）。外部的運算放 大器是用來提供一個更便捷的尺度和補(bǔ)償0

18、.33% / C的分貝電路的溫度漂移。溫度電阻器R3,如圖20中所示，可以使用精密電阻株式（型號PT146）。有關(guān)其他信息，請參閱其網(wǎng)站。LOW FREQUENCY MEASUREMENTS如果被測量的信號的頻率低于 10 赫茲，按照標(biāo)準(zhǔn)的有效值測量電路的 連接方式進(jìn)行連接，為了保證只有 1%的平均誤差，那么所需的平均電容值 將變得非常大。圖 21 示出了一種替代方法，來完成低頻信號的有效值測量。平均電路的時間常數(shù)是由R和CAV1的決定，在此電路中，存在0.5秒/卩F的CAV的關(guān)系。該電路以20:1的比例縮減了平均電容值，可以使用高品質(zhì)的鉭電容。我們建議，用兩階 Sallen-Key 濾波器，來獲得低的紋波，并盡量減 少的平均電容值，如圖 21 中所示。如果感興趣的頻率低于 1 赫茲，或如果平均電容器值仍然太大，則 20:1 的比率可以增加。這是通過增加R值來實現(xiàn)的。如果這樣做了，則建議使用一個低輸入電流， 低失調(diào)電壓的放大器來代替內(nèi)部的緩沖放大器， 如 AD548。 盡量減少由放大器的輸入電流和較大的電阻的組合引入的偏移誤差是必要的。VECTOR SUMMATION矢量求和，可以通過使用兩個AD6