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4-20ma常用的几种检测方法!

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twzh|  楼主 | 2007-10-12 10:21 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
设计中需要检测多路4-20ma信号,该信号均是测自汽轮机,包括功率信号和蒸汽压力信号等。都是缓变量,一定时间内基本可视为不变。
设计中,准备用FPGA来完成自动采集ADC的工作。在选择ADC方案时,有三种可选方案,各有利弊吧,比较难取舍,请帮忙看看:

第一种:四路4-20ma-->AD627-->0.5V~2.5V-->12bit串行ADC(如ADS7841)||光耦隔离(6N137)||-->FPGA;

第二种:四路4-20ma-->AD627-->0.5V~2.5V||线性光耦隔离(HCNR201)||-->12bit并行ADC(如 ADS7842)-->FPGA;

第三种:四路4-20ma-->AD627-->0.5V~2.5V-->V/F压频转换(如AD774X)|| 光耦隔离(6N137)||-->FPGA;

这三种方案肯定都可以实现,由于FPGA我是第一次搞,当时是优先考虑并行的ADC的,也就是方案二,因为感觉FPGA操作起来比较方便。但是信号经过线性光耦的隔离之后,是否会有影响。

第一种方案,由于ADS7841要通过SPI总线对ADC的寄存器进行操作,特别是在通道切换时,每次都要写一个byte的控制字,感觉比较麻烦。

第三种方案,用FPGA测频应该问题不大,隔离也比较方便。关键是V/F的速度不知道是否满足要求。比如AD7740,最高Fclkin=1MHZ,要实现12bit的ADC,则在满量程时的最小闸门时间是4.551ms。因为其量程范围0-Vref对应的是10%~90%的Fclkin,也就是0.1MHZ~0.9MHZ。
因此,最小闸门时间 = (212/0.9×106)second。

以上三种方案是我这几天脑袋里一直在考虑的,可能是我想多了,请高手帮忙看看,哪种方案更合适一些:)

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沙发
赤铸| | 2007-10-12 16:14 | 只看该作者

第一种,不要犹豫了

不就是串行ADC么?做FPGA,连这个都搞不定,就不要混了

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板凳
bg6nw| | 2007-10-12 21:40 | 只看该作者

没错,当然是第一种

第一种精确度最高
线性光耦和压频转换的非线性有点大

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地板
bbyeah| | 2007-10-13 12:38 | 只看该作者

7841可能都贵了

2543多便宜又好买

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5
twzh|  楼主 | 2007-10-14 03:31 | 只看该作者

谢谢

呵呵,精度要求是0.2%;
2543是哪个公司的?

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6
zjp8683463| | 2007-10-15 09:46 | 只看该作者

0.2%用12位AD?

估计你调不出0.2%来,用16位的吧

0.2%精度,其他2个方法就别想了

而且根本不需要用FPGA,单片机就可以了

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7
twzh|  楼主 | 2007-10-16 08:59 | 只看该作者

为啥调不出0.2%呢

请问楼上的大哥,为啥12位调不出来0.2%的精度?为啥在同样的电路设计时,16位ADC就能调出来?

“一般我们说的分辨率是指AD转换的数字位长,比如16位,20位等,但是,还取决于有效的分辨率,例如,16位的AD转换的结果,有14位的有效位,剩下的2位被噪声淹没,当然也可以在mcu的处理中能把淹没在噪声中的信号恢复出来。因此,高分辨率,并不代表高精度,系统的整体设计,包括mcu的数字滤波软件,都可以提高精度…  ”

精度和分辨率究竟是什么个关系?

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8
zjp8683463| | 2007-10-16 10:26 | 只看该作者

我要一个10mm的东西,精度0.2%

你觉得多少分辨率的尺子去才行?

高分辨率不一定是高精度,

低分辨率一定不是高精度

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9
node| | 2007-10-16 12:15 | 只看该作者

不错

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10
5_0_5| | 2007-10-16 12:34 | 只看该作者

zjp8683463讲的不错

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11
twzh|  楼主 | 2007-10-23 11:52 | 只看该作者

还是有疑问

如果信号的11位和12位已经是噪声了,那就算用到16位的ADC,11-16位的值也只是转换的噪声罢了。
我这样理解是否正确?
一个测量系统,单纯的提高ADC的分辨率是没有用的,还要看整个采样回路的精度。
当然,我同意zjp8683463的观点,当前级电路的参数可调时,使得系统的噪声下降,16位的分辨率当然比12位的更有可能达到满意的精度。

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12
赤铸| | 2007-10-23 17:49 | 只看该作者

ADC 精度看具体芯片手册

如果补偿零点和增益,就看INL指标
如果不补偿,可以全加起来看近似计算总误差
同样是12-bit,INL有±1SLB的,也有±4LSB甚至±8LSB的
而且还要考虑放大器误差,包括运放和所用电阻之类
如果放大器误差就超过0.2%了,用一万bit的ADC也没用

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13
twzh|  楼主 | 2007-10-24 11:56 | 只看该作者

自己顶,呵呵,通过讨论认识得到了一定的提高。谢谢各位:)

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14
zjp8683463| | 2007-11-13 13:06 | 只看该作者

赤铸说的是模拟上无法调节

但AD之后就是数字的世界,以为运放等器件都是线性器件,其误差也是线性误差

(温度系数等随即误差除外),完全可以用数字算法来调整,那么AD的分辨率就直

接影响你的最小调节量,也就决定了你系统的可以做到的最大精度.

比如一个开环系统:Vin ---K1---K2--ADC--K3--DAC---Vout,Vout=2Vin

K1,K2都是外部模拟增益环节,都有误差,K3是数字增益环节,那么V

out的精度完全是由K3决定,线性误差都可以调节,随机误差基本不可

调节.有数字增益环节,对运放等线性器件精度要求不是很高,对其温度系数要求才是最主要的

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15
zjp8683463| | 2007-11-13 13:32 | 只看该作者

回twzh

如果信号的11位和12位已经是噪声了,那就算用到16位的ADC,11-16位的值也只是转换的噪声罢了。
----------------------------------------------------


信号的11位和12位已经是噪声了,那么这个信号就不够好,根本不可能做出高精

度.就象一个长10mm的铁条,但他的末端不是平滑的,而是波浪型的.这样的铁条

你用最好工具去量也不能说他的长度是多少(只能取平均值).但用越好的工具,

测出的最大值和最小值也就越精确

AD就好比是这个工具,AD本身的精度如何不用去考虑(工具的精度都是由厂商保证).

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16
gainst| | 2008-6-15 21:01 | 只看该作者

谢谢..

LZ,可以直接使用AD627上的4~20Ma的那个典型电路吗?

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