模数转换电路 如图是A/D转换电路，主要功能是对输入的被测电压进行数据转换，转换的结果送单片机。A/D转换器件选用ADI公司的AD670，八位分...
与ADC接口 - 带频率响应补偿的MEMS振动分析仪电路图
接线图
2023年09月27日 21:09 173
admin
与ADC接口
如需数字化加速度信息，加速度计输出电压范围必须位于ADC 输入电压范围内。AD7476输入电压范围为0 V至VDD （5 V）。 ADXL001输出电压范围为0.2 V至VS − 0.2 V （4.8 V）。任何加速度计测得的加速度将根据该信息进行数字化，无需额外的放大器或缓冲器。
由于AD7476的 VDD 电源用作ADC基准电压源，因此无需使用外部基准电压源。此外，整个电路与电源成比例，因为同一个VDD 还用来驱动ADXL001。
频率响应
加速度计的频率响应是系统中最重要的特性，显示在图4 中。当信号频率超过2 kHz至3 kHz左右时，加速度计中的增益会增加。波束为谐振频率时（22 kHz），器件的输出电压大致存在7 dB （×2.24）峰化。该峰化对加速度计的输出电压具有极大的影响。
图4. ADXL001频率响应
10 kHz时，考虑使用20 g加速度。假定0 g输出电压为2.5 V，且灵敏度为24.2 mV/g，则预计输出电压为：
2.5 V + （0.0242 × 20） = 2.984 V
但是，该电压会伴随约2 dB的峰化而增加，使实际输出电压为：
2 dB = 20 log10 （VOUT /2.984 V）
VOUT = 3.757 V
预计输出电压和实际输出电压之差会产生巨大误差：
误差 = 3.757 V – 2.984 V = 0.773 V
校正此误差以保证精度很重要，并且专门设计了模拟双二阶滤波器对该误差进行校正。实现该滤波器的详情在下文 “滤波器设计”部分予以讨论。
加速度计范围缩小
必须注意，随着加速度计的频率响应出现峰化，器件的可用加速度范围随之缩小。20 kHz时，考虑使用70 g加速度。预计输出电压为：
2.5 V + （24.2mV/g × 70 g） = 4.194 V
具有~7dB峰化效应：
7 dB = 20 log10 （VUT /4.194V）
VOUT = 9.389 V
由于ADXL001供电轨为5 V，输出将限制为大约+0.2 V和+4.8 V。因此，可测量的最大g值将取决于振动频率。
必须允许±0.5 V的额外裕量，因为0 g失调电压会有所变化。振动频率低于2 kHz左右时，0 g失调振动将最大可用输出电压范围限制为±1.8 V，即相当于大约±70 g。
随着振动频率从大约2 kHz增加至22 kHz，输出达到饱和之前允许的最大g值以7 dB （×2.24）步进逐步下降至±31 g。只要最大g值低于±31 g，在22 kHz范围内滤波器便具有平坦的频率响应，而无饱和或信息丢失。
滤波器设计
为了补偿加速度计频率响应的增益峰化，使用了一个模拟双四通道陷波滤波器。品质因数（Q = 2.5）以及波束的谐振频率（22 kHz）均可在ADXL001数据手册的规格表中找到。
通过创建22 kHz时峰值约为−7 dB的陷波滤波器，加速度计的频率响应可变得较为平坦，使得更高频率下的振动测量更为简单。图5显示滤波器、加速度计和整个信号链的频率响应。使用正弦波作为 EVAL-CN0303-SDPZ板的输入，仿真加速度计输出，并获取数据。
图5. ADXL001 频率响应、滤波器频率响应和系统频率响应
陷波滤波器的设计参考《无源和有源网络分析与频率合成》中的示例电路，并对其进行了修改。该书作者为Aram Budak，出版于1991年10月（ISBN-13：该补偿器的传递函数为前文得出的传递函数之反函数。 Multisim™ 电路设计套件 用于仿真并验证陷波滤波器的传递函数。滤波器参数指定为Q = 2.5，中心频率 = 22 kHz，陷波深度 = 7 dB。
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