原创 AMC1204应用指南

以

为例，则当

 时，由输入等效电阻

 引入的误差约为0.96%；当

 时，由输入等效电阻

 引入的误差约为0.1%。因此，实际应用时，如果要系统精度达到1%以上，则需要采样电阻的阻抗小于0.01

，以尽量减小由输入采样电阻引入的误差。

 

1. 电路设计例子

 

使用图4 所示电路测量不同输入采样电阻和时钟频率情况下AMC1204 转换精度。实验使用

作为调制器后端的硬件滤波器，滤波器配置为

型，过采样率(OSR)设置为256。实验结果如表1 所示。

是输入电压的目标值，

是VINP 管脚与VINN 管脚之间电压实测值，

’ 是VINP 管脚与VINN 管脚之间电压理论计算值(考虑到输入阻抗的影响)，

是由调制器的输出经滤波器后的转换结果。

 

注：实验所选电阻精度为1%，实际测量值由Agilent U1251A 型号万用表测得，AMC1204 的失调误差和增益误差未校正(以上测试结果供参考)。

 

表1 不同输入采样电阻和时钟频率下的转换结果

1. 小结

 

以上实验结果可以看出，实测的输入电压值

与考虑到输入阻抗计算得到的理论值

基本一致，实验得到的数据与理论分析基本吻合。输入时钟频率直接决定了AMC1204 的输入阻抗，输入采样电阻值相对于AMC1204 的输入阻抗越低，输入采样电阻的影响就会越小。因此，在一些测量电压的应用场景下，如果采样电阻值无法减小，可以使AMC1204 工作在较低的时钟频率以提高输入阻抗，获得较高的转换精度。当然，降低输入时钟频率是以牺牲转换速率为代价的。此外，如果无法通过降低输入时钟频率和输入采样电阻的方式提高精度，还可以通过软件方法对AMC1204 的失调误差和增益误差进行校正，即对表1 中的误差指标进行额外补偿，以提高系统精度，获得最佳的系统性能。

 

2. 调制器输出滤波的设计

 

AMC1204 输出1 比特位宽由0 和1 组成的数据流，数据流中1 的密度与模拟输入电压成正比。当输入电压为250mV 时，输出1 的比例为89.0625%；当输入电压为-250mV 时，输出1 的比例为10.9375%；当输入电压为0mV 时，输出1 的比例为50%。当输入电压从-250mV 到+250mV 之间，AMC1204 的转换性能可以得到保障。为了得到真实的输出数据信息，一般需要在输出后端进行数字滤波处理，实际应用中可以采用以下两种滤波器对输出数据进行处理。

 

2.  移动平均滤波器

 

移动平均滤波器比较简单，它是取输入信号的最近的一些值，进行算术平均，相当于一个低通滤波器，滤除高频分量，保留低频分量。在时钟clk 的上升沿，对AMC1204 输出的高脉冲进行计数，计算M 个clk 的上升沿时，对应的高电平脉冲个数N。则，对应的转换结果为(640*N/M-320)mV。平均的项数越多，即M 越大，则得到变化越缓慢的输出信号，但得到的精度也越高。

 

 

需要注意的是，在实际应用中，这种方法必须平均尽可能多的输入信号才能获得比较高的精度。移动平均滤波器实现比较简单，不需要单独增加DSP 或FPGA 即可实现。但是，移动平均滤波器的频域效果较差，滚降较慢，因此，在检测低频信号及对精度要求不高的应用中，可以考虑使用这种方法。但是，对于精度要求比较高的应用中，需要考虑使用性能更好的滤波器，如Sinc 滤波器。

 

2. Sinc 滤波器

 

Sinc滤波器具有良好的频域特性，较低的成本和功耗，延时较低，因此，广泛用作Delta-Sigma DAC 的滤波器。Sinc 滤波器可通过专门的滤波器芯片或者通过FPGA 或DSP 算法来实现。

 

AMC1210 是一个4 通道的数字滤波器，芯片输出接口可设置为SPI 接口或者并行接口方式，方便与CPU 进行数据通信。数字滤波器可设置为Sincfast，

，

 或者

方式。实际应用时，由于

滤波器具有更好的低通特性，建议将AMC1210 配置为

 滤波器，过采样率(OSR)设为256以获得最优的转换结果。

 

 

此外，也可以通过FPGA 或DSP 来实现Sinc 滤波器算法。滤波器的基本架构如图7 所示。

 

 

 

以下是用VHDL 语言实现SINC3 滤波器的一段示例程序。其中，CNR=MCLK/M，M 为抽取率(即过采样率OSR)。

 

 

 

图8 的示例代码：

library IEEE;

use IEEE.std_logic_1164.all;

use IEEE.std_logic_unsigned.all;

entity FLT is

port(RESN, MOUT, MCLK, CNR : in std_logic;

CN5 : out std_logic_vector(23 downto 0));

end FLT;

architecture RTL of FLT is

signal Z1 : std_logic_vector(23 downto 0);

signal Z2 : std_logic_vector(23 downto 0);

signal Z3 : std_logic_vector(23 downto 0);

signal Z4 : std_logic_vector(23 downto 0);

signal Z5 : std_logic_vector(23 downto 0);

signal Z6 : std_logic_vector(23 downto 0);

signal Z7 : std_logic_vector(23 downto 0);

begin

process(MCLK, RESN)

begin

if RESN = '0' then

Z1 <= (others => '0');

Z2 <= (others => '0');

Z3 <= (others => '0');

elsif MCLK'event and MCLK = '1' then

Z1 <= Z1 + MOUT;

Z2 <= Z2 + Z1;

Z3 <= Z3 + Z2;

end if;

end process;

process(CNR, RESN)

begin

if RESN = '0' then

Z4 <= (others => '0');

Z5 <= (others => '0');

Z6 <= (others => '0');

Z7 <= (others => '0');

elsif CNR'event and CNR = '1' then

Z4 <= Z3;

Z5 <= Z3 - Z4;

Z6 <= Z3 - Z4 - Z5;

Z7 <= Z3 - Z4 - Z5 - Z6;

end if;

end process;

CN5 <= Z7;

end RTL;

 

3. 结论

 

应用高性能隔离Delta-Sigma调制器AMC1204时，为了确保转换精度，需要注意外围输入电路的设计，选择合适的输入采样电阻以及时钟频率，使得输入采样电阻阻值相对于输入等效阻抗尽量小，以此降低输入电阻引起的转换误差；同时选择合适的输出滤波器，以满足整个系统对测量精度的要求。

 

4. Reference

 

[1] AMC1204 datasheet

[2] AMC1210 datasheet