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[参考译文] 用于 Rogowski 线圈的适当抗混叠滤波器

Guru**** 2540720 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS131M04, TIDA-010986, ADS131M08

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/1562364/proper-antialiasing-filter-for-rogowski-coils

器件型号:ADS131M04
Thread 中讨论的其他器件: TIDA-010986ADS131M08

工具/软件:

您好:
我正在使用 DS131M04 在工业设备上进行交流电流采集、该 系统提供 3 个通道、在大多数情况下、它将监控不同的器件、而不是 3 个相关相位。 此外、不会在该系统中测量电压、因此功率和相位精度不是问题。
该系统 通过能量收集(来自独立 CT 线圈)、大型超级电容器 (3.5F 5.5V) 和 TP63900 降压/升压功能实现自供电。  
尽管系统能够与 CT 线圈配合使用(如果它们包含负载电阻器)、但在 95%的情况下会使用 Rogowski 线圈进行测量。

我的问题与 ADS131M04 输入前面的抗混叠滤波器有关。 以下是我目前拥有的:  


直接在 Rogowski 线圈输入端、我有两个 800R @ 100MHz 铁氧体磁珠、后跟一个 LPF (1K 100nF) 和第二个 LPF (470R 220nF)、最后在 ADS131M04 前面连接一个 10nF C0G 电容器。 我 添加了一个焊接跳线、用于将负分支连接到 Rogowski 线圈输入端的 GND、默认为开路、最终我没有将其闭合(它用于 CT、系统主要与 Rogowski 线圈一起使用。  

因此在测试期间、我使用 CT 捕获了实际波形 (1000 个样本@ 4ksps(大约 13 个完整交流周期@ 50Hz)、因为它提供了完美的正弦、我必须说、我在使用或不使用两个 LPF 时没有看到太大的差异。  然后、我使用 Rogowski 线圈进行了一些捕获、在数字集成之前提供的波形失真非常大、我也看不到这两个 LPF 有太大的改进。  

因此、请告知我们采用 Rogowski 线圈的 ADS131M04 输入的理想滤波器拓扑和值(100mV/KA、用于 50Hz 电源)。 我将 PGA 设置为 16、通过 2MHz 的时钟和 VLP 模式将采样率设置为约 4ksps。 考虑到系统的功率预算限制、我之所以使用 VLP 模式是为了节省功耗。  

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    尊敬的 Bidault Hoel:

    我不知道 您使用哪种 Rogowski 线圈测试、但通常 Rogowski 线圈输出波形固有失真 、因为 Rogowski 线圈的输出与瞬时初级电流的导数成正比、因此需要在软件或硬件重建中添加积分器来检索原始电流信号、 模拟积分器电路是一种常用的技术。

    TIDA-010986 是一款 适用于 Rogowski 线圈的信号调节参考设计。

    ADS131M08MET 是一款评估模块 (EVM)、可用于测量电流互感器 (CT) 或 Rogowski 线圈 (RC) 的输出、TIDA-010986 参考 PCB 可直接插入到 ADS131M08METEVM 至 J9 以进行测量。

      为  Δ — Σ ADC 设计抗混叠滤波器时、差分滤波器 的选择通常 比 共模电容器大 10 到 20 倍。  ADS131M08MET 使用 6.8nF 差分电容器和 10pF 共模电容器。 在电路设计中、差分滤波器比 共模电容器小得多。  查看更多详细信息: 【常见问题解答】Δ — Σ ADC 抗混叠滤波器元件选型

    BR、

    Dale

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    尊敬的 Dale:

    感谢您的回答、尤其感谢您指出我的滤波器 CCM/cdiff 比率中的问题、以及关于 Δ — Σ ADC 滤波器设计的最后一条注释。
    我相应地修改了滤波器。 在 125kHz 下总抑制约 80dB。  我不能完全确定在我的情况下、ADS131M04 的 Fmod 实际上是 125KHz、输入时钟是 1.8Mhz 还是 2.0Mhz、具体取决于我使用的时钟源、OSR 为 256。 因此、有效采样率为 3.5ksps 至 3.9ksps。


    仅器件的任务是在 5A 至 600A 的范围内提供良好的 RMS 电流、不执行 FFT 来确定谐波含量或进行任何其他电能质量分析。 因此、我选择了一个相对较低的截止频率(累积 2 级约为 700Hz)、以预处理 Rogowski 信号。 使用的 Rogowski 线圈是用于电源(例如 LEM 等)的标准 100mV/KA 柔性线圈。

    在我看来、硬件浮点的 48MHz Cortex M33 在数字域中完成了集成。 对于 1000 个样本@ 4ksps * 3 个通道、集成和 Hanning 窗口 RMS 计算在 90ms 内执行。

    感谢您指出 TIDA-010986、但 由于 PCB 空间不足、功率预算限制、稳定时间(捕获在 380ms 内完成)和校准问题、我选择不使用模拟有源集成、但这是未来可能使用的良好参考。

    我是否应该像在 ADS131M08MET 中那样增加 CCM 和 cdiff 之间的比率以达到数百

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    尊敬的 Bidault Hoel:

    对于 ADS131M0x、调制器时钟频率 fmod = fCLK/2。 如果输入时钟频率为 2MHz、fmod = 1MHz、则输出数据速率  fdata = fmod / OSR = 1MHz / 256 = 3.9kSPS。

    Δ — Σ ADC 上的过采样架构和数字抽取滤波器使奈奎斯特频率远离相关信号带宽、而数字抽取滤波器会衰减大多数不需要的带外信号、因此您只 需更宽松的抗混 叠滤波器响应、实际上不需要具有如此低的截止频率来实现抗混叠。

     ADS131M08 数据表中的图 8-5 显示了数字滤波器的–3dB 频率。 SINC3 滤波器的–3dB 频率为 0.26 x Fdata。 这意味着、如果您的数据速率例如 Fdata = 3.9kSPS、那么–3dB 频率将为 0.26 x 3.9kSPS = 1001Hz。

    在信号路径上添加电阻器会在测量中引入不必要的噪声和误差、串联电阻器还会在存在输入偏置电流的情况下引入较小的失调电压、因此应尽可能将其保持较小。 10k Ω+4.7k Ω 的电阻足够大、会引入这些误差和噪声、我建议减小电阻和电容的值。

    以下材料可以帮助您了解:

    BR、

    Dale

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    尊敬的 Dale:
    谢谢,我没有意识到,由于 DFE 的实际采样频率是远远的有效采样率确实.
    因此、 我可能应该遵循 ADS131M08MET 值、然后使用 2K 10pF 共模和 6.8nF 差分、以实现 5.8KHz 的截止频率。