关键词：双极性、滤波、SPI、CRC

1引言：模拟量采集是高压变频器非常重要的功能，控制器采集到电流和电压等反馈信号，进行闭环控制和报警保护，这里对精度和实时性要求较高，传统的ADC分辨率12位单极性较多，需要外加单极性转换双极性的电路，而且实测精度很低，下面介绍一款双极性、高精度的16位ADC。 

1 下面列举几款ADC芯片特性指标，这些芯片都可在变频器中应用：

² 16路通道，8路不足以满足高压变频器系统对模拟量采样的需求；从列表中我们可以直接得出AD7616的优势：

² 双极性宽范围多种类的模拟量输入范围±10 V, ±5 V, ±2.5 V；

² 内置模拟抗混叠滤波器+过采样的数字滤波器；

² 几乎覆盖了所有可兼容串并行通讯接口；

² 内置高精度电压基准源，可不用外置；

² 可选循环冗余校验  (CRC)  错误检查；

2 电路设计：

2.1 模拟通道设计：

变频器要对网侧机、侧电压、电流采样，如有同步传输功能也要进行电压采样，同模拟量的频率给定也是采样的一项，总计15路为实际采样通道数量，AD7616内置双路同步采样16位ADC。每个ADC有8模拟输入通道，总共有16路模拟输入，一路做备用设计，如下表：

2.2 模拟量电压输入范围设置选择：

分为硬件/软件模式选择， Pin38和Pin39 （HW_RNGSEL1/0）同时连接到DGND，选择软件模式，AD7616通过软件范围输入寄存器配置各通道电压等级，通常网侧电流由CT产生，1A标准输出电流，为降低采样电阻的输出功率和封装体积，选择输入电压范围为±5 V（图表2）,电机侧电流选用霍尔采样，通常输出电流在百毫安左右，采样电阻功率较CT小很多，可定义±10 V最大电压输入范围，其他都是电压采样信号，定义最大输入电压范围±10 V。

2.3 基准源：这里选择内部基准源，其偏差范围在2.495-2.505V，0.2%误差+2ppm/°C温漂可满足系统的要求。

2.4 滤波器：

AD7616提供了模拟抗混叠滤波器（一阶巴特沃兹滤波器）。图3和图4分别显示了模拟抗混叠滤波器的频率和相位响应。±10 V范围的典型拐角频率为39 kHz，±5 V范围为33 kHz。

                                                            图表 3幅频特性                          图表 4相频特性

AD7616同时内置一个可选的数字一阶sinc滤波器，在使用较低吞吐速率或需要更高信噪比或更宽动态范围的应用中须使用该滤波器。

2.5 AD7616的模拟输入阻抗为1 MΩ，这是固定输入阻抗，不随AD7616采样频率而变化。高模拟输入阻抗可免除AD7616前端的驱动放大器，允许其与信号源或传感器直接相连。

2.6 串行接口的应用：

2.6.1 本文选择SPI 接口，SER/PAR引脚需接高电平。CS和SCLK信号从AD7616传输数据。 AD7616有两个串行数据输出引脚：SDOA和SDOB。利用串行2线模式从AD7616回读数据，通道V0A至V7A的转换结果出现在SDOA上，通道V0B至V7B的转换结果出现在SDOB上，从而实现最大吞吐速率。

2.6.2 与FPGA硬件接口：

图表 7

2.6.3 AD转换读写时序：在软件模式下，要转换的通道由通道寄存器选择。上电时或复位后，选择进行转换的默认通道为V0A和V0B。CONVST信号启动转换过程。CONVST信号从低电平变为高电平时，启动对所选输入的转换。BUSY信号变为高电平表示转换正在进行。BUSY信号从高电平变为低电平表示转换已完成，

3 CRC校验功能：

配置寄存器中的CRCEN位或STATUSEN位设为1可使能CRC功能，使能CRC功能后，就会对通道VxA和通道VxB的转换结果计算CRC。根据器件的配置，传输完转换结果后，计算并通过串行或并行接口传输CRC。Hamming距离与转换结果的位数相关。转换结果位数≤119时，Hamming距离为4。位数>119时，Hamming距离为1，即总是会检测到1位错误。

4 系统中的应用

4.1 参数设置：

16个通道对应有选址，比例系数和偏置参数，每个地址代表不同的采样信号，可根据现场应用调整定义，比例系数和偏置用来进一步矫正采样线性和零点偏置误差。

4.2 实测精度：

此结果取自开发板AD7616的CHA通道，输入0V, ±2.5V,±5V，测试转换结果：

结束语：AD7616同时内置有并行数据接口，如果控制器以并行总线为基础框架，则对应手册管脚定义选择此模式，本文采用串口通讯，节省与FPGA的IO接口口数量，可减少对PCB布局的影响，通常并、串行数据总线要有阻抗设计减少窜扰和反射。总之此芯片在高压变频器控制系统中应用有很多优势，可大大简化硬件外围电路设计，灵活通讯接口提高产品的兼容性。