ADDF翻译.docx

1、ADDF翻译产品描述：AD698是单片式线性位移差分变压器（LVDT信号调理系统。AD698与LVDT配合，能够 高精确和高再现性地将LVDT的机械位移转换成单极性或双极性的直流电压。AD698具有所 有必不可少的电路功能，只要增加几个外接元源元件来确定激磁频率和增益，就能把LVDT的次级输出信号按比例地转换成直流信号。该器件能够操作半桥式 LVDT有反向线圈连接配置的LVDT（4线LVDT）,和RVDTAD698包含了一个用于驱动LVDT初级线圈的低失真的正弦波振荡器。 AD698的两个同步解调通道用于检测LVDT的初级和次级电压振幅。该部分根据初级的电压振幅乘以一个比 率因子来分离次级的输

2、出。这样就消除了由于给初级线圈偶然而来的激励而造成的比例因 子的错误，提高了温度性能和稳定性。AD698使用独特的比例架构消除了与传统 LVDT接口相关的几个缺点。新电路的优点是： 不需要解调；提高了温度稳定性；提高了传感器的互换性。AD698有两个性能等级可用：等级 温度范围 封装AD698AP - 40?C to +85?C 28-Pin PLCCAD698SQ - 55?C to +125?C 24-Pin Cerdip产品亮点：1.AD698对LVDT信号调理问题提供了单片解决方案。所有有源电路都在片上，只需附加极少量的无源元件就可实现位置的机械变量到直流电压的转换2.AD698能够用

3、于许多不同种类的位置传感器，该电路被优化用于任何 LVDT包括半桥LVDT反向线圈配置（四线式）的LVDT AD698能够适应宽泛的输入和输出电压和频率。3.20Hz到20kHz激励频率由一个外部电容来确定。AD698提供高达24Vrms的差异驱动LVDT的初级线圈1.A和B代表检测到的正弦波VA和Vb的平均偏差（MAD。Vout的极性受一个比较器的符号的影响。例如：Vout?+1 得到 ACOMP ACOM-P 如果 Vout?- 1 便有 ACOMP ACOMP操作原理:AD698的模块原理图和一个LVDT线性可变差动变压器）连接到其输入端的原理图如图 5所示。LVDT是一种机械-电子传感

4、器，其输入是磁芯的机械移动，输出是与磁芯位置成 正比的交流电压信号。两种比较常用类型的 LVDT是半桥类型的LVDT和有反向线圈连接配 置的LVDT（4线LVDT两种类型的LVDT都是一个铁芯在线圈中移动。有反向线圈连接配 置的LVDT由一个初级线圈和两个反向串联的次级线圈组成， 初级线圈被一个外部正弦参考源驱动。经过串联的次级输出电压会随着磁芯从中心位置的移动而变化。移动的方向可以 通过测量输出的相位来探测到。半桥式LVDTt一个有中心抽头的一对一线圈其工作原理类 似自耦线圈。激励电压施加于整个线圈，中心抽头的电压与位置成正比。该设备的行为类 似于电阻分压器。图5功能框图AD698给LVDT

5、线圈一个激励信号，然后检测 LVDT的输出电压，并产生一个与磁芯位置成正比的直流电压。AD698有一个正弦波振荡器和一个功率放大器来驱动 LVDT两个同 步解调器可以同时解码初级和次级线圈电压信号。 A 解码器决定了输出信号电压到输入信 号电压的比率（A/B）。滤波等级和输出放大用于输出结果的比例调节。振荡器中包含一个多谐振荡器，该多谐振荡器产生一个三角波，并驱动正弦波发生器 产生一个低失真的正弦波，正弦波的频率和幅值由一个电阻器和一个电容器决定。输出频 率在20Hz20kHz可调，输出有效幅值在2V24V可调。总谐波失真的典型值是 50dB。AD698通过同步解调输入幅值 A （次级线圈侧）

6、和一个固定的参考输入 B （初级线圈侧 或固定输入）。早期解决方案的共同问题是驱动振荡器幅值的任何漂移都会直接导致输出增 益的错误。 AD698 通过计算 LVDT 输出与输入激励的比率消除了所有的偏移影响，从而避 免了这些错误。 AD698 不同于 AD598 型的 LVDT 信号调理器，因为它实现了一个不同的电 路传递函数，并且不要求LVDT次级线圈（A+B是一个随行程长度而定的常量。AD698的原理图如下所示。其输入由两个独立的同步解调通道组成。 设计B通道是用于 监视LVDT的驱动激励。全波整流电路经过 C2滤波之后送入计算电路。,A通道的作用与B 通道相同，但是它的比较器引脚是单独引

7、出来的。因为在 LVDT 处于零位的时候， A 通道可能达到0V,所以A通道解调器通常由初级电压（B通道）触发。另外，可能还需要一个 相位补偿网络给 A 通道增加一个相位超前或滞后量，以此来补偿 LVDT 初级对次级的相位 偏移。对于半桥电路相移是不重要的，因为 A通道的电压足够大可以驱动解调器。图6 AD698原理图B CHANNEL B 通道A CHANNEL A 通道DEMODULATOR解调器FILTER 滤波器DUTY CYCLE DIVIDER占空比分配器一旦二个通道信号被解调和滤波后，再通过一个除法电路（用于实现占空比乘法器）来计算比率A/B,除法器的输出是一个矩波信号。当A/B

8、等于1时，矩形波的占空比为100% （如果需要一个脉宽调制输出可以使用这个信号） 。占空比驱动一个调制电路和滤波器即与 占空比成比例的参考电流源。输出放大器测量 500卩A的参考电流并把它转化成一个电压值。当IREF=500卩A时，其传递函数如下：V）UT = I REF X A/B X R2，当 I REF = 500 UaAD698的连接电路在单电源或双电源电路中 AD698可以方便的连接，如下图7,图8,图13所示。下面 的几个设计例程展示了对于任何 LVDT该如何选择外部元器件的值来满足 AD698的输入/输 出标准。对于A通道和B通道的连接来说，A通道的比较器取决于使用的是哪种类型的

9、传 感器。一般遵循以下设计准则：外部无源器件的参数设置包括：激励频率和振幅； AD698的输入信号频率；比例因子（V/inch ）。除此之外还有一些可选特性：零点偏移调整，滤波和信号集成可以通过增加外 部元器件来完成图7双电源操作，半桥LVDT接线图设计程序双电源操作图7展示了半桥式LVDT勺接线方法。图8展示了 3线和4线LVDT接线方法，两种方法都 使用的是土 15V电源A. 决定振荡器频率频率通常由系统所需带宽来决定。然而在一些系统中频率要根据 LVDT手册建议的零相位频率来设定。在这种情况下跳过步骤 4.1.决定LVDT位移测量系统所需要的机械带宽，f SUBSYSTEM.对于这个例子

10、假设f SUBSYSTE= 250Hz。2.选择LVDT最小的激励频率，大概为10 X f subsystem因此，激励频率=2.5k Hz 。3.选择一个工作激励频率在 2.5kHz的合适的LVDT比如：Schaevitz E100 型LVDT 其操作频率 在50Hz到10kHz是对这个例子来说一个合适的候选者。4.确定激励频率来确定元器件 C1 的值，C1 = 35 uF Hz / f EXCITATION图8有反向线圈配置的LVDT的AD698双电源操作的接线图B. 决定振荡器的幅度幅度是这样设定的：当LVDT在它的机械位移最大位置（全耦合）时候，初级信号幅度范围为1.0V到3.5V均方

11、根值；次级信号幅度范围为0.25V到3.5V均方根值。以上 是在最优化的线性度和最小的噪声敏感度条件下的值。 如果器件是成比例的， 激励信号 的准确数值，相对来说就不那么重要了。5.决定LVDT最佳的激励电压Vexc。对于一个四线式LVDT来说，要确定其传感器机 械位移变化下的电压变换比 VTR。 VTR = LVDT的敏感度X最大行程长度。LVDT的 敏感度一般会在LVDT的制造商的产品目录中列出。其单位一般为 输出伏特每伏特输入 每英寸位移（即V/V/inch ） .E100系列的LVDT的敏感度为2.4mv/v/mil. 如果LVDT的 敏感度没有在制造商的产品目录中给出，该敏感度值是可

12、以计算出来的。见确定 LVDT 敏感度章节。在LVDT机械最大位移情况下（最大机械行程），用VTR乘以初级激励电压得到预期的次级电压。例如：一个 LVDT的敏感度为2.4mv/v/mil ，其最大行程为 土 0.1inch（=100mil），那么该 LVDT的 VTR = 0.0024 v/v/mil X 100 mil = 0.24 。假设最大 的激励为 3.5 V 均方根值，那么最大的次级电压输出 应该在 3.5V 均方根值 （rms） X 0.24 = 0.84V 均方根值（rms）以内，是可接受的范围。相反的VTR值也可以确切的进行测量。根据 LVDT制造商提供的资料，给LVDT初级

13、输入一个特定的驱动电平 Vpri （primary初级）；设置LVDT的中心移动体的位置到其 最大行程，然后测量LVDT的次级输出电压Vsec。计算LVDT的电压转换比VTR .VTR = Vsec/ Mri .如用以上方法测得 E100 LVDT传感器，Vsec= 0.72v，Vpri = 3V,则 VTR= 0.24.在LVDT的敏感度非常低，或者机械行程的长度非常小的情况下。 LVDT的输入激励需 要超过3.5V rms（根据后面描述情况这里可能为小于 3.5v rms）;在这种情况下可能需要 在LVDT的初级放一个分压器网络，为+BIN和-BIN提供一个小的电压输入。例如：如果添加一个

14、分压器网络将 B通道的输入分掉1/2,那么为了选择元器件 VTR也应该减少1/2检测供电电压通过验证 VA和VB的峰值电压最小在2.5V小于+VS和-VS6.参考图9,在Vs = 15V的时候，选择幅度的值决定了器件 R1的值，如图9曲线所示。图 9 见 文档第 7 页（图 9 激励电压 Vexc 与 R1 的关系）7.C2，C3和C4是AD698位置测量子系统所要求带宽fSUBSUSTE啲函数，原则上，他们的电容值应该相等，即C2=C3=C4= 10-4 （法拉 HZ） / f SUBSYSTE M（HZ）例如：如果系统要求带宽 为250Hz则C2=C3=C4=10FHz / 250Hz =

15、 0.4 卩 F关于AD698的带宽和相位特性的更多信息 见图14，图15和图16。D. 设置传感器满量程时的输出电压8.R2用来设置AD698的增益和满量程时的输出范围。计算 R2时需要以下相关参数：aLVDT的敏感度S.它的值可以在生产厂家目录手册中查到，单位是 V/V/mile，其物理意义是每英寸的位移每伏特的输入对应的电压输出伏特。b.LVDT 的磁芯从零位到满量程的位移 d.S X d = VTR也等于在机械满量程时的 A/B的比率，VTR应该转换其单位为V/V.对于满量程值d英寸，AD698的输出电压如下计算：V）ut = S x d x R2其中， Vout 是相对于参考信号 （

16、芯片引脚 21脚）的输出，见图 7；解得 R2 的值： R2 = VOuT/ （S x d x 500 uA ） （1）例如：对于满量程输出 VOut= 10V （20V的跨度），满机械d = 0.1英寸（0.2英寸 的跨度）R2 = 20V / （2.4 X 0.2 X 500 uA） =83.3 K QVOuT 为位移的一个函数，对于上述的例子（参数）其表现如下：图10 VOuT （ 10V 满量程），传感器芯位移（ 0.1inch ）E. 可选的输出电压摆幅偏移9.R3、R4可实现正、负输出电压补偿调节。V os（补偿电压）=1.2V X R2 X 1/（R3 + 2 k Q） - 1/

17、（R4 + 2 k Q ） （2）如果不需要正负电压补偿 R3、R4应该被开路。 上述VOs为正或负的电压补偿值为了设计一个电路,当传感器的位移在+0.1英寸时，电路输出在0V到+10V.可以设Vout = +10V,d = 0.2英寸，然后接方程 （1），便可以得到R2的值。图 11 Vout （5V 满量程），传感器芯位移（ 0.1 英寸）以上将产生的响应如图 11 所示。R4处于开路状在方程（2）设Vos等于5V然后解R3和R4.因为想得到一个正的偏移，让态（R4开路,R4无穷大），重新布置方程（2），然后解R3R3 = （1.2 X R2）/ Vos - 2 k Q = 7.02 k

18、Q注意选择Vos的值，让R3的值不至于为负值。图 12 显示了期望得到的响应。图 12 Vout （ 0V -10V 满量程，传感器芯位移（ 0.1 英寸）单电源设计步骤图 13 显示了单电源供电时的链接情况。图13 单电源供电电路图图中名词解释PHASE LAG 相位滞后 （网络） ；PHASE LEAD 相位超前（网络） ；Arc Tan 为数学中的 取反正切运算R = Rs / （Rs + Rt） ; 其中 R 的值为 Rs 并联 （Rs + Rt） 的值对于单电源供电操作，从双电源操作的步骤 1 开始重复操作，到下面的步骤 10 。 R5、R6和C5是增加的待确定的值。VOut的值根据

19、信号基准来确定。10 . 计算 R5 和 R6 的最大值要依据以下关系进行：R5 + R6 2 + 10 k Q X 1.2V / (R4 + 2k Q + 250 uA + Vout/( 4 X R2 ) / 100 uA 欧姆根据 步骤10对于R5 + R6以及步骤11对R5的约束，给R6选择一个临时值。12.经过Rl的负载电流返回至R5和R6的节点然后回流到Vps。根据最大的负载情况， 确定 R5 上的压降和步骤 11 中定义的相符合。作为最终的对电源的供电电压检查，验证 VA 和 VB 的峰值 至少在 2.5V, 小于 +Vs 和 -Vs 的电压。13.C5 是一个旁路电容，其范围在

20、0.1 uF 和 1uF 之间 增益相位特性要在一个闭环的机械伺服系统中使用 LVDT 传感器，有必要知道传感器的动态特性和接口 要素。当传感器的磁芯移动时传感器会非常快的响应。动态特性主要源自于电子接口。图 14,15和16展示了 AD698 LVDT言号调节器的频率响应。需要注意的是图 15和图16基本上是一样的； 不同点是频率覆盖范围。 图 15展示了机械输入频率以牺牲精度为前提的条件 下得到了更宽的范围。 （这句话翻译有问题）图 16 展示了一个更有限的频率范围与增强的精度。 （这句话翻译的也有问题）这些图 将 输入 被认为是按正弦变化机械位移，输出是从AD698输出的电压信号 的一个

21、 传递函数；传递函数的单位为伏特每英寸。由 图7，C2, C3和C4的值全都相等并且设定 作为图中的一个参数。响应近似的认为是两个极点。 （此句翻译有问题）。然后在更高的频 率有明显的过剩相位。此外图 7中的极点过滤可以跨过 R2引进一个并联电容，这将增加相 位滞后。当选择C2, C3和C4的值来设置系统带宽的时候，要涉及到一个权衡。在“直流”输出电压上会出现纹波，纹波的大小决定于滤波电容。一般来说，小的电容会得到一个高的系统带宽和大的纹波电压。图17和18反映了当C2, C3和C4相等时 对纹波幅度的影响。需要注意的是图7中跨接在R2上的并联电容作为图中的一个参数 Cshunt。 R2的值是

22、使用81k Q的电阻，传感器是 Schaevitz E100 型LVDT传感器。图 17 输出电压纹波 与滤波电容图 18 输出电压纹波 与滤波电容LVDT敏感（灵敏）度的确定LVDT的灵敏度可以通过测量LVDT的次级电压并进行简单的计算来确定， LVDT的次级电压是初级驱动电压和传感器磁性的位置的函数。给LVDT一个其器件手册上建议的初级驱动电压 Vpri （对E100型号来说为3V rms ）。设 置传感器磁芯在其最大位置，并测量次级电压 Va 和 VbSensitivity = V SECONDAR Y/ （V PRI X d ）由 图 19Sensitivity = 0.72 /（3V X 100mil ） = 2.4 mV/V mil（注：Vsecondary = 0.72 由图 19 中 最大位移 100mil 对应的 VA - VB = 1.71-0.99 = 0.72 而来）图19 LVDT的次级电压与磁芯位移