简介
    本文档主要关注通过工业传感器和高性能 ADC 的集成来实现高性能数据采集系统 (DAS)。高性能 ADC 的设计中采用了 Σ-Δ 架构。该参考设计将探索 Maxim 的 MAX11040K 以及实现所需性能所需的正确原理图和组件。
    许多新的先进工业应用需要高性能数据采集系统 (DAS) 和多个传感器之间的接口。当该接口需要多通道高精度幅度和相位信息时，这些工业应用可以利用超高动态范围、同步采样、多通道 ADC，例如 MAX11040K。
    高速 Sigma-Delta 架构的优势
    以图 1 所示的三相电力线监控/测量系统为例。这些工业应用需要在高达 117dB 的宽动态范围内进行的同步多通道测量采样率高达 64ksps。为了优化系统精度，应适当“调节”来自传感器（例如图 1 中的 CT 和 PT 变压器）的信号，以满足 ADC 输入范围并确保 DAS 特性能够实现符合国际标准的测量。

    图 1 说明两个 MAX11040K ADC 可以同时测量三相电压和中性线电压以及电流。ADC 基于 sigma-delta 架构，该架构使用过采样/平均过程来实现高分辨率。每个 ADC 通道均使用专用的开关电容器 Σ-Δ 调制器对其输入执行模数转换。调制器将输入信号转换为低分辨率数字数据，其平均值代表 24.576MHz 时钟下 3.072Msps 的数字化信号信息。然后，该数据流被提供给内部数字滤波器进行处理，以消除任何高频噪声。这些操作的结果是高分辨率的 24 位输出数据流。
    MAX11040K还是一款4通道同步采样ADC，其输出数据代表处理后的平均值。这些值不能像逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 中那样被视为“瞬时”值。
    电力线应用中的 ADC 性能要求
    该应用中 CT（电流）和 PT（电压）传感器变压器的输出通常为 ±10V 或 ±5V 峰峰值 (VP-P)。MAX11040K的±2.2VP-P输入范围低于CT和PT变压器的典型输出。然而，有一种简单且经济高效的方法可以将变压器的±5V或±10V范围与MAX11040K的较低输入范围相适应。如图 2 所示。

    连接到通道 1 的电路代表单端设计。在此配置中，变压器的一侧接地，信号调节通过一个简单的电阻分压器和电容器来实现。
    如果共模噪声(两个ADC输入相同的噪声)是一个严重问题，那么建议采用差分设计，如连接到通道4的电路所示。通过在该设计中利用MAX11040K的真正差分输入，噪音影响降低。
    结论
    使用 Maxim 的 MAX11040K ADC（在系统中采用 sigma-delta 架构）可以非常实现高性能的多通道数据采集系统 (DAS)。这非常适用于非常需要适当信号调节的“智能”电网监控系统。