基于Σ-ΔADC 的莱姆开环数字输出电流传感器

发布网友发布时间：2024-09-05 07:51

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热心网友时间：2024-10-20 06:15

在当前微处理器和传感器成本日益降低的趋势下，数字化传感器因其体积微小、能耗低和成本低廉，展现出巨大的应用潜力和市场前景。数字化传感器推动电子市场发展，使得系统设计中集成的传感器和处理器数量不断增加。随着价格降低，选择合适的传感器和处理算法可以显著降低原材料和能耗成本，提升系统整体性能。本文聚焦于电力电子行业数字化需求，介绍莱姆新一代数字化传感器解决方案。

基于过采样(Oversampling)、噪声整形和数字滤波技术的Σ-Δ型ADC原理，通过低采样分辨率和高采样速率将模拟信号数字化，将高分辨率转换问题简化为低分辨率转换问题，提高有效分辨率。相较于传统ADC，Σ-Δ型ADC采用过采样和Σ-Δ调制技术，增加了数字电路比例，减少模拟电路比例，易于集成到单片机中，实现低成本高精度转换，符合VLSI技术发展需求。其主要特点包括高分辨率、低元件匹配精度要求、数字电路为主、通过速度换取分辨率、无需微调工艺获得高分辨率、成本低、适合标准CMOS集成。

LEM公司针对数字化市场需求，在经典开环传感器基础上，采用Σ-Δ ADC技术开发出数字输出电流传感器。传感器原理包括原边电流产生磁场，通过HALL元件检测输出弱电压信号，经过放大、Σ-Δ调制和数字化转换输出表示电流模拟量的信号。性能优越的新一代带二阶Σ-Δ调制器集成ASIC应用在产品系列中，输出信号为比特流，密度与电流成比例。用户通过数字滤波器处理比特流，实现简单接口和灵活定义滤波器以适应特定应用需求。

LEM最新发布的数字输出型开环霍尔效应电流传感器系列，如HO和HLSR，采用Σ-Δ调制原理，输出1位串行比特流信号。该系列提供多种机械设计以满足PCB安装和盘式安装需求，可测量16至250ARMS电流，带宽为20kHz，分辨率为12位。新传感器提供多种数字信号输出模式，包括2线制、CMOS、RS422 Manchester或LVDS Manchester，以及LVDS或RS422 4线制模式。数字输出允许用户选择合适的滤波器处理比特流，优化分辨率和响应时间。HO系列额外引入时钟和数据差分信号处理，满足RS422和LVDS标准，并配置范围为5-12.5MHz的传感器时钟输入信号，支持整个系统使用同一时钟。

数字传感器实例显示了灵活性和优越性，通过不同滤波器处理比特流，实现电流环、超限检测等功能，以及过流检测（OCD）功能，响应时间仅2us。通过实例验证，数字输出传感器为电流检测数字化奠定了基础，对未来应用具有深远意义。