內(nèi)時(shí)鐘和外時(shí)鐘隔離調(diào)制器時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生EMI的對(duì)比分析

隔離的Σ-Δ調(diào)制器長(zhǎng)期以來(lái)被證明可以在嘈雜的工業(yè)電機(jī)應(yīng)用環(huán)境中提供非常高的精度和強(qiáng)勁的電流和電壓感測(cè)能力。有兩類(lèi)隔離型Σ-Δ調(diào)制器：一種是在IC內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào);另一種是從外部時(shí)鐘源接收時(shí)鐘信號(hào)。 Σ-Δ調(diào)制器生成對(duì)應(yīng)于輸入模擬信號(hào)的輸出數(shù)字比特流數(shù)據(jù)。輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)必須盡可能與時(shí)鐘信號(hào)同步。然后，微控制器以相同的時(shí)鐘信號(hào)頻率對(duì)該輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，以進(jìn)一步濾波和抽取。

在本文中，將詳細(xì)研究這兩類(lèi)隔離Σ-Δ調(diào)制器的輸出數(shù)據(jù)信號(hào)完整性。并通過(guò)簡(jiǎn)單的電磁干擾（EMI）測(cè)試設(shè)置、對(duì)由這兩類(lèi)Σ-Δ調(diào)制器的高頻時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生的EMI進(jìn)行比較。

隔離型Σ-Δ調(diào)制器的簡(jiǎn)化框圖

圖1左側(cè)的簡(jiǎn)化框圖說(shuō)明了典型的內(nèi)（部）時(shí)鐘隔離Σ-Δ調(diào)制器;右側(cè)是典型的外（部）時(shí)鐘隔離Σ-Δ調(diào)制器。對(duì)于內(nèi)時(shí)鐘型來(lái)說(shuō)，抖動(dòng)極低的時(shí)鐘源構(gòu)建在與Σ-Δ編碼器相同的芯片上。重新生成輸出MCLK，以允許輸出數(shù)據(jù)位流MDAT被脈送進(jìn)微控制器以進(jìn)行抽取和濾波。對(duì)于外時(shí)鐘型來(lái)說(shuō)，外時(shí)鐘源為Σ-Δ調(diào)制器和微控制器提供時(shí)鐘信號(hào)。將在隔離柵的另一側(cè)檢測(cè)時(shí)鐘信號(hào)。檢測(cè)器必須能夠承受一定程度的時(shí)鐘抖動(dòng)，并重構(gòu)時(shí)鐘信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)Σ-Δ編碼器的正常功能。

圖1：左圖是內(nèi)時(shí)鐘隔離的Σ-Δ調(diào)制器簡(jiǎn)化框圖;右圖是外時(shí)鐘隔離的Σ-Δ調(diào)制器的簡(jiǎn)化框圖;兩者都連至微控制器。

輸出數(shù)據(jù)信號(hào)完整性

使用相同的微控制器（此例是FPGA），分別測(cè)量?jī)?nèi)和外時(shí)鐘Σ-Δ調(diào)制器的信噪比（SNR）。這兩類(lèi)Σ-Δ調(diào)制器的測(cè)量設(shè)置是相同的，只是外時(shí)鐘Σ-Δ調(diào)制器需要一個(gè)20MHz的外時(shí)鐘源提供時(shí)鐘信號(hào)。下面的圖2a和2b顯示了測(cè)量設(shè)置。將1kHz正弦波模擬電壓信號(hào)注入Σ-Δ調(diào)制器的輸入端，然后在FPGA處對(duì)相應(yīng)的數(shù)字輸出比特流數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并經(jīng)過(guò)稱(chēng)為抽取的濾波過(guò)程。筆記本電腦上顯示的應(yīng)用圖形用戶(hù)界面（GUI）顯示了重構(gòu)的正弦波、快速傅里葉變換（FFT），F(xiàn)FT用以計(jì)算信噪比（SNR）和SNR歷史圖與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果FPGA未能正確采樣Σ-Δ輸出數(shù)據(jù)比特流，則將清楚地觀察到歷史圖上SNR的突然下降。