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适用于配电自动化的低功耗、完备信号链AFE
Petaluma子系统方框图如图6所示,接下来我们做进一步分析讨论。
图6. Petaluma子系统设计方框图。
Petaluma采用两片四路、超高精度超低噪声运算放大器(MAX44252),对±10V输入信号进行衰减和缓冲,以匹配ADC (MAX11046)输入范围。运算放大器采用反相配置,所以信号的ADC输入的信号极性是反相的。ADC转换结果与电压的关系式为:10-CODE/65536 × 20。MAX11046为8通道、250ksps、16位、单电源供电、双极性、同时采样ADC。虽然ADC内部提供了4.096V电压基准,如果Petaluma使用外部高精度电压基准MAX6126,可提供更高精度。MAX6126的初始精度为0.02%,最大温度系数(tempco)为3ppm/oC。
MAX1659和MAX8881稳压器分别提供后端稳压,产生5V和10V电源。MAX765 DC-DC反相器和LM337负压LDO产生-10V电源。
Petaluma连接至FMC兼容现场可编程门阵列(FPGA)/微控制器开发板。子系统要求FMC连接器提供3.3V和12V。
针对ZedBoard平台的固件
针对ZedBoard平台发布的Petaluma固件支持Xilinx Zynq片上系统(SoC)内部的ARM Cortex-A9处理器。固件利用Xilinx SDK工具用C语言编写,基于Eclipse开源标准。固件连接硬件、收集采样并将其保存至存储器。固件接收命令,配置ADC,以支持250ksps最大采样率,通过虚拟COM端口将采样数据下载至标准终端程序。对应的固件平台文件包括代码文档。
性能测量
图7和图8所示为ADC采样的FFT图,以250ksps高采样率获得数据。这些动态测试结果表明,Petaluma子系统在信噪比和总谐波失真(THD)方面具有非常好的性能。
往往利用直流信号的直方图确定ADC系统的噪声。由于系统中存在噪声,ADC产生的结果将在主值附近。转换结果的分散性表示ADC的噪声信息。图9的直方图表明,计算得到的标准方差为0.711,非常好。此外,97.7%的转换结果在前三个中心主值之内。
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