Monolityczne układy konwerterów sigma-delta do pomiaru wartości skutecznej napięcia i ich porównanie ze scalonymi konwerterami klasycznymi

pol Artykuł w języku polskim DOI:

wyślij Jacek Korytkowski Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Pobierz Artykuł

Streszczenie

W pracy omówiono zasadę działania współczesnych monolitycznych układów konwerterów sigma-delta stosowanych do formowania analogowego sygnału pomiarowego o wartości skutecznej napięcia. Dokonano przeglądu właściwości monolitycznych układów konwerterów sigma-delta do pomiaru wartości skutecznej napięcia i porównano z właściwościami monolitycznych klasycznych konwerterów stosowanych do takich pomiarów. Istotnymi zaletami monolitycznych układów konwerterów sigma-delta do pomiaru wartości skutecznej są: duża dokładność formowania analogowego wyjściowego sygnału pomiarowego, bardzo mały pobór mocy na wejściu oraz szerokie pasmo częstotliwościowe mierzonego napięcia wejściowego.

Słowa kluczowe

elektroniczny układ pomiarowy, element monolityczny, modulator sigma-delta, pomiar wartości skutecznej napięcia

The present monolithic sigma-delta converters for root-mean-square voltage measurement and their comparison to classic monolithic integrated RMS converters

Abstract

The monolithic sigma-delta converters are very useful for measurement root-mean-square time-varying voltage circuits. The fig. 1 shows converter block diagram, which got possibility to describe the mathematical function for calculation RMS value of input AC voltage. The fig. 2 shows block diagram of multiplier-divider circuit containing identical two controlled elements having the very same controlled amplification. In the fig. 3 is shown the circuit diagram of sigma-delta modulator and characteristic of comparator, which is a part of the modulator. According to fig. 3 was formulated equation (15) as the characteristic description of multiplier-divider circuits, which is the main element of sigma-delta true RMS converter for input voltage measurement. The part 3 of this paper describes the parameters review of monolithic RMS converters. The table 1 presents the parameter values of selected group RMS converters, which are delivered by several much known firms. The converters parameters analysis shows, that monolithic sigma-delta converters have very good qualities in the parameter field of accuracy, minimal signal power consumption and wide frequency band of input measurement signals.

Keywords

electronic measurement circuit, monolithic element, root-mean-square voltage measurement, sigma-delta modulator

Bibliografia

  1. Anderson R.: Getting the Most out of Delta-Sigma Converters, Texas Instruments Incorporated, [www.analogzone.com/acqt0310.pdf]. 
  2. Jarman D.: A brief Introduction to Sigma Delta Conversion, Application Note AN9504, Intersil Corporation, Melbourne, May 1995, [www.intersil.com/data/an/an9504.pdf]. 
  3. Maxim Integrated Products: Demystifying Sigma-Delta ADCs, Application Note 1870, Jan 31, 2003, [http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN1870.pdf]. 
  4. Park S.: Principles of Sigma-Delta Modulation for Analog-to-Digital Converters, Motorola, APR8/D Rev. 1, [http://numerix-dsp.com/appsnotes/APR8-sigma-delta.pdf]. 
  5. Studziński P.: Współpraca analogowo-cyfrowych przetworników sigma-delta ze źródłami małych sygnałów napięciowych, „Pomiary Automatyka Kontrola”, 2/1999, 8-12. 
  6. Jackiewicz B.: Przetworniki analogowo-cyfrowe w nowoczesnych systemach pomiarowych, „Pomiary Automatyka Kontrola”, 6/2001, 5-9. 
  7. Wawryn K., Suszyński R.: Wykorzystanie układów FPAA do budowy prototypowych przetworników analogowych-cyfrowych ΣΔ, „Pomiary Automatyka Kontrola”, 7/2007, 12-14. 
  8. Jakubiec J.: Proces pomiaru w przetworniku A/C typu Sigma-Delta, „Pomiary Automatyka Kontrola”, 6/2008, 343-346. 
  9. Bajdol K.: Analiza właściwości przetwornika cyfrowo-analogowego sigma-delta do zastosowania we wzorcowym źródle napięcia przemiennego o bardzo małej częstotliwości, „Pomiary Automatyka Kontrola”, 9/2007, 30-33. 
  10. Petrofsky J., Brisebois G.: AZ Breakthrough: LTC1966 True RMS-to-DC Converter Uses No Diodes, Heaters or Logarithms. „Linear Technology”, Vol. XII, No. 1. March 2002, [http://cds.linear.com/docs/LT%20Journa1/1966 Mar02 Mag.pdf]. 
  11. Lilamand M.L.: A Time-Division Multiplier, “IRE Transaction on Electronic Computers”, Vol. EC-5, Issue 1, March 1956, 26-34, [www.philbrickarchive.org/time-division_multiplier.pdf]. 
  12. Williams J.: Instrumentation Circuitry Using RMS-to-DC Converters. RMS Converters Rectify Average Results, „Linear Technology”, Application Note 106, February 2007, AN106, Linear Technology Corporation, USA 2007, [http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an106f.pdf]. 
  13. Nawrocki Z.: Wzmacniacze operacyjne i przetworniki pomiarowe, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2008. 
  14. Tietze U., Schenk Ch.: Układy półprzewodnikowe, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Wydanie czwarte zmienione i rozszerzone, Warszawa 2009. 
  15. Korytkowski J.: Liniowe i nieliniowe układy ze wzmacniaczami monolitycznymi w urządzeniach pomiarowych, Oficyna Wydawnicza PIAP, Warszawa 2011. 
  16. Linear Technology: LTC1966 Precision Micropower, ΣΔ RMS-to-DC Coverter. LT/TP 1002 1K Rev. A. Linear Technology Corporation, 2001, [http://cds.linear.com/docs/Datasheet/1966fas.pdf]. 
  17. Linear Technology: LTC1967 Precision Extended Bandwidth, RMS-to-DC Converter. LT/TP 0504 1K. Linear Technology Corporation, 2004, [http://cds.linear.com/docs/DataSheet/1967f.pdf]. 
  18. Linear Technology: LTC1968 Precision Wide Bandwidth, RMS-to-DC Converter. LT/TP 0604 1K. Linear Technology Corporation, 2004, [http://cds.linear.cona/docs/DataSheet/1968f.pdf]. 
  19. Linear Technology: LT1088 Wideband RMS-DC Converter Building Block, [http://pdf.chinaicmart.com/88889/25125.pdf]. 
  20. Analog Devices: High Precision, Wideband RMS-to-DC Converter AD637, Rev. K. D00788-0-2/11(K), 2011, [www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD637.pdf]. 
  21. Analog Devices: Low Cost, Low Power, True RMSto-DC Converter AD737, Rev. H. D00828-0-10/08(H), 2008, [www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD737.pdf] 
  22. Intronics Power Inc.: R101/401 General-Purpose Low-Cost True-RMS Computing Sub-Systems, [www.intronicspower.com/products/pdf/R101-401.pdf]. 
  23. Analog Devices: LF to 2.5 GHz TruPwr™ Detector AD8361, Rev. C. C01088-0-8/04(C), 2004, [www.analog.com/static/imported-files/data sheets/AD8361.pdf]. 
  24. Analog Devices: 450 MHz to 6000 MHz TruPwr Detector ADL5505, Rev. A. D05799-0-1/11(A), 2011, [www.analog.com/static/imported-files/data sheets/ADL5505.pdf].