Технология измерения тока при помощи шунтирующего резистора и оптически изолированного сигма-дельта модулятора Broadcom используется в промышленных преобразователях общего назначения и сервоприводах.
С каждым годом такой подход к измерению все больше вытесняет устаревшие технологии на основе трансформаторов тока или датчиков эффекта Холла.
Почему?
- Компактные размеры
- Низкая стоимость
- Изменение диапазона измерения тока при помощи шунта
Комбинация шунтирующего резистора и сигма-дельта модулятора обеспечивает превосходную эффективность с точки зрения
- точности
- линейности
- температурного смещения сигнала
- отношения сигнал/шум (SNR)
- имеет высокий уровень безопасности за счет гальванической развязки, выполненной посредством оптических изоляторов Broadcom
Информация о входном сигнале передается в потоке однобитовых данных на выходе модулятора и представляет собой комбинацию нулей и единиц [1].
Цифровой Sinc -фильтр, реализованный в ASIC, FPGA или микроконтроллере, преобразует полученные биты информации из модулятора в 16-битное слово, аналогичное слову, получаемому с цифровых выходов обычного аналого-цифрового преобразователя.
Затем сигма-дельта модулятор и цифровой фильтр синхронизируются посредством тактового сигнала с частотой 10 МГц или 20 МГц. В зависимости от конфигурации сигма-дельта-модулятора, тактовый сигнал создается либо внутри него самого, либо приходит с внешнего генератора, например, кварцевого резонатора.
Длина дорожки на печатной плате (PCB) между сигма-дельта-модулятором, цифровым фильтром и генератором тактового сигнала иногда может достигать 30 см. При передаче высокочастотного сигнала на такое расстояние могут возникнуть нежелательные электромагнитные помехи (ЭМИ, EMI), которые будут воздействовать на другие компоненты, расположенные в непосредственной близости. Причем чем выше частота сигнала, тем большая вероятность того, что дорожки печатной платы превратятся в своего рода излучающую EMI-антенну.
Для обоснования последнего утверждения был проведен небольшой тест: на дорожке печатной платы, по которой проходит тактовый сигнал 10 МГц с внешнего генератора, была размещена рамочная антенна, настроенная на прием (рисунок 1), после чего сигнал с антенны проходил через анализатор спектра с охватом от 1 МГц до 100 МГц
Анализатор спектра показал, что частотные пики, на полученном сигнале с антенны, возникают именно на 10 МГц, а гармоники тактового сигнала - при 30 МГц и 50 МГц (рисунок 2). Также из захваченной области видно, что дрожание тактового сигнала достаточно мало и составляет около 200 кГц.
Сигма-дельта-модуляторы Broadcom с внутренней синхронизацией, такие как ACPL-C797, используют внутренний генератор тактового сигнала для модуляции и демодуляции.
Для уменьшения излучения EMI применяется метод расширенного спектра. Таким образом при такой же схеме построения, но без внешнего генератора (рисунок 3), на частотном спектре отсутствует тактовый сигнал 10МГц и его гармоники (рисунок 4). Уровень дрожания тактовых импульсов в данном случае составляет 800 кГц.
По вопросам выбора сигма-дельта модулятора вы можете написать нашему специалисту по силовой электронике
На канале вы также можете посмотреть последнее видео по измерению тока и подписаться на канал по ссылке:
