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1、AD637高精度，宽带有效值直流转换器FEATURES精度高：0.02最大非线性，0 V至2 V 有效值输入波峰因数为3时有0.10的附加误差宽的带宽：2 V有效值输入时的带宽为8MHz100 mV的有效值贷款为600kHz计算：真有效值平方均方绝对值dB输出（60 dB的范围内）允许片选/断电功能 模拟三态操作静态电流降低到从220毫安到350A封装形式：14引脚SBDIP，低成本CERDIP14引脚和16引脚SOIC_WGENERAL DESCRIPTION AD637是一个完整的，高精度单片RMS-to- DC转换器，它可以计算任何复杂波形的真有效值。在集成电路的rms-to-dc 转换
2、器领域，它提供了前所未有高性能，并且可以在精度，带宽和动态范围方面和分立模块化技术相媲美。在AD637采用了波峰因数补偿方案，当测量信号的波峰因数达到10时，他的额外误差仍然保持在低于1%的水平。对于宽带宽的AD637，当输入信号的有效值是200 mV 时，可以测量高达600 kHz的信号，当输入信号的有效值是1V 时，它可以测量的信号高达8 MHz。 与ADI公司以前的单片有效值转换器相同， AD637有一个辅助dB输出，提供给用户。对数均方根形式的输出被引到了一个单独的引脚，允许直接的范围为60 分贝的dB测量。用户通过设定基准电流来选择0 dB参考电压，这个参考电压可以在0.1 V和2.
3、0 V（均方根）之间变化。允许用户通过控制连接在AD637上的芯片选通端，使AD637在不工作期间，将电源电流降低到2.2毫安至350A。此功能保证了在远程与手持式设备中有效值测量精度的同时，使其功耗也是最低的。此外，当AD637掉电时，输出变为高阻抗状态。这允许几个AD637s连接在一起，形成一个宽频带真有效值多路转换器。 AD637保护输入电路免受超过电源电平的过载电压的影响。如果不提供电源电压，设备不会被输入信号损坏。 AD637是提供以下应用：商用温度范围（0C至70C）的应用，此时精确度是J和K等级；工业温度范围（-40C至+85C）的应用，此时精确度是A和B；在-55C至+125C
4、的温度范围内，此时精确度是S。所有的版本都存在以下的密封形式，14引脚SBDIP，14引脚CERDIP和16引脚SOIC_W封装。 AD637可以得出任何复杂的交流（或交流加直流）输入波形的真均方根，平均平方或绝对值，并给出了一个等效的直流输出电压。一个波形的真有效值是比平均整流信号有用的，因为它直接与信号功率相关连。一个统计信号的rms值也是与其标准差相关联的。 AD637通过激光晶圆修整，在无需外部微调的条件下就可以达到额定性能。唯一需要的外部元件是一个电容器，用于设置平均时间周期。电容值也决定了低频率精确度，纹波水平，稳定时间。芯片上的缓冲放大器可以作为一个输入缓冲器，也可以配置成一个有
5、源滤波器。该过滤器可以减少交流纹波量，提高精度。FUNCTIONAL DESCRIPTIONAD637体现了是一种隐式求解均方根的方法，他克服了直接有效值计算固有的限制。AD637进行的实际计算如下方程所示：（见美信官网数据手册）。图4是一个简化的示意性的AD637，可以细分为四个主要部分：绝对值电路（有源整流器），平方器/除法器，滤波电路，缓冲放大器。输入的交流或直流电压（VIN）可以通过有源整流器A1和A2，被转换为一个单极电流I1。I1驱动平方/除法器的一个输入端，它具有转换功能。（表达式见美信官网数据手册）平方/除法器输出电流I4驱动A4，与外部的平均电容形成一个低通滤波器。如果滤波器
6、的RC时间常数远远大于输入信号的最长周期，则A4的输出正比于I4的平均值。此滤波放大器的输出提供给A3，产生I3，然后返回到平方/除法器完成隐式均方根计算。（表达式见美信官网数据手册）、 为了计算输入信号的绝对值，平均电容器被删去。然而，在平均电容器引脚接一个小的电容，大约5pf，可以增加稳定性。该电路的工作过程与均方根的配置相同的，不同的是现在I3等于I4。（表达式见美信官网数据手册） 分母电流也可以提供由引脚6出的外部参考电压（VREF）提供。该电路的工作过程与有效值的计算情况相同，不同的是现在I3与VREF成比例。（表达式见美信官网数据手册）STANDARD CONNECTIONAD63
7、7在主要目的是有效值测量的应用中的连接是简单的。图5显示rms测量的标准连接，只有需要一个外部电容设置平均时间常数即可。在此配置中，AD637计算任何输入信号的真有效值。平均误差的大小依赖于平均电容的容值，他只在低频率条件下存在。例如，如果滤波电容Cav是4F，则误差在10 Hz时为0.1，在3 Hz时增大到1。若要测量交流信号，AD637可以在输入端串联一个非极性电容进行交流耦合，如图5中所示。AD637的性能可以容忍电源电压的微小变化，然而，如果使用的电源含有相当大的高频脉动，这可以通过一个0.1F的旁路电容，来完成电源的耦合，瓷片电容应尽可能的靠近设备。AD637的输出信号的范围是电源电
8、压的函数，如图6中所示。输出信号，可以使用缓冲或不使用缓冲，这主要取决于负载的特性。如果需要没有缓冲的的电路，则缓冲器输入端（引脚1）需要接到公共端。 AD637输出能够驱动，电流5毫安阻值2k的负载，而不会降低该装置的精度。CHIP SELECTAD637包括一个芯片选择功能，它允许用户减少静态电流从2.2毫安到350A。这是通过用低于0.2 V的直流驱动CS引脚（Pin5）实现的。在这些条件下，输出进入高阻抗状态。除了降低功率消耗以外，也使多个AD637可以并联连接，以形成一个宽频带有效值多路转换器。通过将引脚5置高来禁用该芯片。OPTIONAL TRIMS FOR HIGH ACCURA
9、CYAD637包括提供了对输出偏移和比例因子错误的修整，从而显着降低最大总误差，如图7中所示。残余误差是由于在绝对值电路中的不可调输入偏置和设备本身的非线性所导致的。参照图8，微调过程如下：偏移微调：输入信号引脚（VIN）接地，然后调整R1 直至输出引脚9输出0V即可。或者，调节R 1，直到在输出端得到最接近期望的VIN值为止。比例因子微调：在输入端串联R4来降低比例因子的浮动范围。连接所需的满量程至输入端VIN，这里可以使用直流或校准的交流信号，然后微调电阻R3，直到在引脚9得到正确的输出（即，在输入端输入1 V直流的直流信号，然后在输出端得到1.000 V DC）。 输入一个 2 Vpp的
10、正弦波，产生0.707 V直流输出。其他的错误是由于非线性引起的。CHOOSING THE AVERAGING TIME CONSTANTAD637可以得出AC和DC信号的真有效值。对于直流输入信号，输出跟踪输入信号的绝对值，对于交流信号，AD637的输出接近输入信号的真有效值。与理想的有效值之间的偏差主要是由于平均误差的缘故。平均误差包括了交流分量和直流分量。这两个成分是输入信号频率f和平均时间常数的函数（：25毫秒/F）。图9表明，平均误差被定义为交流分量峰值（纹波）和直流误差。上述定义的交流纹波分量大致由下列表达式来提供。（表达式见美信官网数据手册）此纹波对测量的准确性造成了显着的不确定
11、性。这种不确定性，可以通过使用一个后置滤波网络，或通过增加的值的平均电容来显着地减少。直流误差以频率的形式显示，主要与AD637的输出处的偏移有关，并有如下关系：（表达式见美信官网数据手册）由于被Cav设定的平均时间常数，直接决定了在计算有效值期间有效值转换器保持输入信号的时间，所以直流误差的大小仅由Cav决定，而不受后置滤波的影响。通过增加平均电容值可以大大降低交流纹波分量的平均误差。但是有两个主要的缺点：平均电容值变得非常大，并且AD637的稳定时间是与平均电容值成正比增加的（TS= 115毫秒/F）。降低纹波的优选方法是通过使用后置滤波器网络，如图11中示出。这个网络可以配置成一阶或2阶
12、。对于大多数应用，一阶滤波器在整体纹波和建立时间之间给出最好的平衡。图12示出了在标准的测量均方根的电路连接条件下，Cav，正弦波频率，平均误差值三者之间的函数关系。图12的右侧示出了1的稳定时间。图13示出了平均误差，信号频率的稳定时间，以及平均电容值之间的关系。图13绘制了滤波电容值是3.3倍的平均电容值下的曲线。这个比例的大小设置使AC和DC误差等于50 Hz。作为一个例子，通过使用一个1F的平均电容和一个3.3F的滤波电容，为60赫兹的输入信号的纹波从只使用平均电容下的5.3降到使用一阶滤波器条件下的0.15。这给使得纹波降低了30倍，而建立时间仅增加了3倍。滤波器电容器C2和滤波电容
13、器Cav的值，可以根据所需的平均误差和稳定时间配合图13来计算出来。输入信号的对称性平均误差的大小也有影响。表5给出了不同类型的60 Hz的输入信号的实际条件下的值。这些电容值可以直接缩放的频率不是60赫兹的情况下，也就是说，例如，对于30赫兹，这些值被加倍，对于120赫兹，他们被减半。对于那些对纹波极其敏感的应用，建议使用两阶配置。这种配置最大限度地减少电容值和稳定时间，同时最大限度地提高了性能。FREQUENCY RESPONSEAD637在不同信号电平条件下的频率响应如图15中所示。虚线表明的上限频率受到1，10，和3分贝附加误差的限制。例如，请注意，对于一个2 V rms输入，限制1的
14、附加误差，这样允许的最高频率为200 kHz。 一个200 mV信号，在附加误差为1的限制下，最高可达100 kHz。 为了充分利用AD637的宽带宽特性，在选择输入缓冲放大器方面必须注意。为了确保输入信号能准确地传递给转换器，输入缓冲器的3分贝带宽一定要大于AD637的带宽。注意：转换率在应用中的重要性。例如， 一个1有效值为1V，5MHz的正弦波输入信号所需的最小压摆率为44 V /s的。用户请注意，这是上面指的是上升或下降的二者共同需要的最小压摆率，所以缓冲放大器的选择必须谨慎，因为有些放大器上升沿和下降沿的压摆率之间存在差异。AD845是一个精确的符合要求的的输入缓冲区，建议使用。AC
15、 MEASUREMENT ACCURACY AND CREST FACTOR在确定交流测量准确性时，波峰因素往往被忽视。波峰因数被定义为信号振幅峰值与信号有效值（CF = Vp/ Vrms）的比。最常见的波形，如正弦波和三角波，具有相对较低的波峰因素（2）。低占空比的脉冲序列，如发生在开关电源和可控硅电路的波形，有较高的波峰因素。例如，一个占空比为1的矩形脉冲序列的波峰因数为10。图18这条曲线显示了，有效值为1 V的输入信号在波峰因素从1到11变化过程中额外读数错误的情况。用于此测试的是一个矩形脉冲序列（脉冲宽度为100s），有效值测量中它是最坏情况下的波形，（峰中包含了所有的能量）。占空和
16、波峰的振幅不断变化以产生从l至10的波峰因素，同时保持恒定的输入信号的有效值是1V。 CONNECTION FOR dB OUTPUT AD637的另一特征，是对数，或以分贝，输出。计算分贝的内部电路，在超过60 dB的范依然工作的很好。图20示出了dB测量连接。用户选择了通0dB级别，通过设置R1选择了适当的0 dB参考电流，设置取消了从平方/除法器电路输出电流在期望的0 dB点（which is set to cancel the log output current from the squarer/divider circuit at the desired 0 dB point.？）。外部的运算放
