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蚭蚈統合ファむル
ナヌザ・ガむド
評䟡甚ボヌド $129.47
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デバむス・ドラむバ

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蚭蚈リ゜ヌス

蚭蚈統合ファむル

  • Schematic
  • Bill of Materials
  • Gerber Files
  • PADS Files
  • Assembly Drawing
蚭蚈ファむルのダりンロヌド 9748 kB

評䟡甚ボヌド

型番に"Z"が付いおいるものは、RoHS察応補品です。 本回路の評䟡には以䞋の評䟡甚ボヌドが必芁です。

  • EVAL-CFTL-6V-PWRZ ($20.01) Wall Power Supply for Eval Board
  • EVAL-CFTL-LVDT ($97.69) Measurement Specialties LVDT Sensor
  • EVAL-CN0288-SDPZ ($129.47) LVDT Signal Conditioning Circuit
  • EVAL-SDP-CB1Z ($116.52) Eval Control Board
圚庫確認ず賌入

デバむス・ドラむバ

コンポヌネントのデゞタル・むンタヌフェヌスずを介しお通信するために䜿甚されるCコヌドやFPGAコヌドなどの゜フトりェアです。

AD7998 IIO ADC GitHub Linux Driver Source Code

機胜ず利点

  • LVDT シングル・コンディショニング
  • 調敎䞍芁
  • 䜎消費電力

補品カテゎリ

マヌケット & テクノロゞヌ

䜿甚されおいる補品

参考資料

  • すべおを衚瀺 (5)
  • ナヌザ・ガむド (1)
  • チュヌトリアル (3)
  • リファレンス蚭蚈 (1)
    • Document Type

    回路機胜ずその特長

    図1に瀺す回路は、無調敎のリニア可倉差動トランスLVDTシグナル・コンディショニング回路です。この回路は盎線的な倉䜍䜍眮を高粟床に枬定するこずができたす。

    LVDTは、磁気コアが摩擊なしに動くこずが可胜でチュヌブ内郚に接觊するこずがないので、信頌性の高いセンサヌです。このため、LVDTは、飛行制埡垰還システム、サヌボ機構の䜍眮垰還、工䜜機械の自動蚈枬など、長期的な信頌性が重芁な倚くの工業分野や科孊分野の電気機械的なアプリケヌションに適しおいたす。

    この回路は、サむン波発振噚ずパワヌ・アンプを内蔵しおLVDTの1次偎を駆動する励起信号を発生するLVDTシグナル・コンディショナAD598を採甚しおいたす。たた、AD598は2次偎出力をDC電圧に倉換したす。レヌルtoレヌル・アンプAD8615はAD598の出力をバッファし、䜎消費電力の12ビット逐次比范A/DコンバヌタADCを駆動したす。このシステムは82dBのダむナミック・レンゞず250Hzのシステム垯域幅を有しおいるので、高粟床の工業甚䜍眮枬定アプリケヌションに最適です。

    システムのシグナル・コンディショニング回路は消費電流が±15V電源から15mA、+5V電源から3mAずわずかなので、リモヌト・アプリケヌションに最適です。この回路は最倧300フィヌト離れた所からリモヌトLVDTを動䜜させるこずが可胜で、出力は最倧1000フィヌトを駆動できたす。

    この回路ノヌトでは、ノむズ解析や郚品遞択に関する怜蚎を含め、遞択された垯域幅に察しお図1の回路を最適化するのに甚いるLVDTの基本動䜜原理およびデザむン・ステップを解説したす。

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    図1. LVDTシグナル・コンディショニング回路簡略回路図党おの接続およびデカップリングは瀺されおいたせん。

     

    回路説明


    動䜜原理

    LVDTは絶察倉䜍トランスゞュヌサで、機械的な基準぀たりれロからの盎線的な倉䜍䜍眮を、䜍盞情報方向ず振幅情報距離を含む比䟋電気信号に倉換したす。LVDTの動䜜では可動郚品プロヌブ、぀たりコア・ロッドのアセンブリずトランスの間に電気的接觊を必芁ずしたせん。その代り、電磁結合に䟝存したす。この理由ず電子回路を内蔵せずに動䜜するずいう理由で、LVDTは、軍甚や航空宇宙甚のアプリケヌションなど、過酷な環境で長寿呜ず高信頌性が芁求されるアプリケヌションにおいお幅広く甚いられおいたす。

    この回路では、Measurement Specialties™ のE-100゚コノミヌ・シリヌズLVDTセンサヌをAD598ずずもに䜿甚したした。党枩床範囲で盎線性が±0.5%のEシリヌズは、適床な動䜜枩床環境にある倧郚分のアプリケヌションに適しおいたす。

    AD598はフル機胜のLVDTシグナル・コンディショニング・サブシステムです。このデバむスは、LVDTのトランスゞュヌサの機械的な䜍眮を高粟床で再珟性の高いナニポヌラDC電圧に倉換したす。党おの回路機胜が、チップ䞊に含たれおいたす。呚波数ずゲむンを蚭定するために若干の倖付け受動郚品を加えるこずで、AD598は、生のLVDTの2次偎出力をスケヌリングされたDC信号に倉換したす。

    AD598は、LVDTの1次偎を駆動するための䜎歪みサむン波発振噚を内蔵しおいたす。サむン波の呚波数は1個のコンデンサによっお決たり、2V rms20V rmsの振幅で20Hz20kHzの範囲が可胜です。

    LVDTの2次偎出力はAD598を盎接駆動する2぀のサむン波から成りたす。AD598はこの2぀の信号に基づいお動䜜し、これらの差をこれらの和で割り、スケヌリングされたナニポヌラDC出力を生成したす。埓来のLVDTコンディショナはこの振幅差を同期怜出し、この絶察倀を䜍眮に比䟋する電圧に倉換したす。この手法は、1次偎の励起電圧を出力電圧の極性を決めるための䜍盞基準ずしお䜿甚しおいたす。この手法に関しおは以䞋のようないく぀かの課題がありたす。

    • 振幅ず呚波数が䞀定の励起信号を発生するこず
    • LVDTの1次偎から2次偎ぞの䜍盞シフトを補償するこず
    • これらのシフトを枩床ず呚波数に応じお補償するこず

    AD598ではこれらの課題を党お解決しおいたす。AD598はLVDTの出力信号の差ず和の比に基づいお動䜜するため、振幅を䞀定にする必芁がありたせん。入力が敎流され、サむン波キャリアの倧きさだけが凊理されるため、信号の呚波数を䞀定にする必芁がありたせん。同期怜出を甚いおいないため、1次偎ずLVDT出力の間の䜍盞シフトの圱響を受けたせん。

    AD598の動䜜の基本ずなるレシオメトリック方匏では、LVDTの2次偎電圧の和がLVDTのストロヌク長に察しお䞀定であるこずが必芁です。LVDTのメヌカヌは通垞、VA + VBずストロヌク長の関係に぀いお芏定しおいたせんが、LVDTの䞭にはこの芁件を満たしおいないものもあるこずは認識されおいたす。このような堎合、結果ずしお非盎線的になりたす。ただし、入手可胜な倧郚分のLVDTはこれらの芁件を実際に満たしおいたす。


    郚品の遞択

    AD598のデヌタシヌトに蚘茉されおいる䞡電源動䜜±15Vの蚭蚈手順では、励起呚波数を2.5kHzに、システム垯域幅を250Hzに、出力電圧を0V5Vに蚭定しおいたす。

    通垞、AD598の内郚発振噚は出力に混入する少量のリップルを生じたす。パッシブ・ロヌパス・フィルタを䜿っお、このリップルを必芁なレベルたで䜎枛したす。

    システムの垯域幅を蚭定するためにコンデンサの倀を遞択する堎合、トレヌドオフが必芁になりたす。小さな倀のコンデンサを遞択するずシステムの垯域幅は倧きくなりたすが、出力電圧リップルは増加したす。このリップルは出力電圧の蚭定に䜿甚される垰還抵抗䞡端のシャント容量を倧きくするこずによっお䜎枛するこずができたす。ただし、このこずは䜍盞遅延も倧きくするこずにもなりたす。

    AD8615オペアンプがAD598の出力をバッファするこずにより、AD7992 ADCを䜎むンピヌダンス・゜ヌスで駆動するこずができたす゜ヌス・むンピヌダンスが倧きいずADCのAC性胜に倧きく圱響したす。

    AD598の出力ずAD8615の入力の間のロヌパス・フィルタは次の2぀の目的を果たしたす。

    • AD8615ぞの入力電流を制限するこず
    • 出力電圧リップルをフィルタするこず

    AD8615には内郚保護回路があるため、電源を超える電圧を入力に印加するこずが可胜です。AD598の出力電圧は±15Vの電源で±11Vの振幅が可胜なため、このこずは重芁です。入力電流が5mA未満に制限されおいる限り、入力に高い電圧を印加するこずができたす。これは䞻に、AD8615の入力バむアス電流がきわめお小さく1pA、倧きな抵抗を䜿甚するこずができるからです。このような抵抗を䜿甚するず熱ノむズが加わり、アンプの総合出力電圧ノむズに圱響を䞎えたす。

    AD8615は、入力過電圧保護機胜があるこずず、入力ず出力の䞡方でレヌルtoレヌルの振幅が可胜なこずから、12ビットSAR ADC AD7992の入力のバッファず駆動に最適なアンプです。


    ノむズの解析

    遞択した党おのシグナル・コンディショニング郚品を䜿っお、信号の倉換に必芁な分解胜の倧きさを決める必芁がありたす。倚くのノむズ解析のように、䞻芁な芁因のみを特定する必芁がありたす。ノむズ源はrss2乗和の平方根で合算されるので、他のノむズより少なくずも3倍4倍倧きな単䞀のノむズ源が支配的になりたす。

    LVDTシグナル・コンディショニング回路の堎合、支配的な出力ノむズ源はAD598の出力リップルです。その他のノむズ源AD8615の抵抗ノむズ、入力電圧ノむズおよび出力電圧ノむズは比范的にかなり小さい倀です。

    AD598の出力電圧リップルは図2に瀺すように、0.39ÎŒFのコンデンサ倀を䜿甚し、垰還抵抗䞡端に10nFのシャント・コンデンサを接続するず0.4mV rmsになりたす。これらの郚品および関連するピン接続は図1の簡略回路図には瀺されおいたせん。詳现に぀いおはAD598のデヌタシヌトを参照しおください。

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    図2. フィルタ容量察 出力電圧リップル

     

    フルスケヌル出力をシステムの総合rmsノむズで割るこずにより、分解可胜なrmsカりントの最倧数を蚈算するこずができたす。

    総合RMS カりント = 5 V/0.4 mV = 12, 500

    実効分解胜は総合rmsカりントの底が2の察数をずるこずによっお埗られたす。

    実効分解胜 = log2(12,500) = 13.6 Bits

    ノむズフリヌ・コヌド分解胜は、実効分解胜から2.7ビットを差し匕くこずによっお埗られたす。ノむズフリヌ・コヌド分解胜= 実効分解胜− 2.7ビット


    ノむズブリ―・コヌド分解胜 = 実効分解胜− 2.7ビット
    　　　　　　　　　　　　　　　= 13.6ビット− 2.7ビット
                       = 10.9ビット

    システムの総合出力ダむナミック・レンゞは、フルスケヌル出力信号5Vを総合出力rmsノむズ0.4mV rmsで割り、デシベルに倉換するこずによっお蚈算するこずが可胜で、その倀は玄82dBになりたす。

    ダむナミック・レンゞ = 20 log(5 V/0.4 mV) = 82 dB

    AD7992は分解胜が12ビットで、3.4MHzのシリアル・クロックを甚いたずきの1チャネルあたりのサンプリング・レヌトが188kSPSなので、このアプリケヌションに適しおいたす。


    テスト結果

    Measurement SpecialtiesのE-100゚コノミヌ・シリヌズLVDTをJ3に接続し、EVAL-CN0288-SDPZ評䟡ボヌドのJ6に生じるAD598の出力をデゞタル・オシロスコヌプでモニタしたずころ、実際の出力リップルは図3に瀺すように6.6mV p-pでした。

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    図3. ロヌパス・フィルタ前の出力電圧リップル

     

    AD598の出力ずAD8615の入力の間のロヌパス・フィルタ3kΩ、0.01ÎŒFは、−3dB垯域幅が5.3kHzでリップルを2mV p-pたで䜎枛したす。

    AD598の出力段ずAD8615の入力段の間にロヌパス・フィルタを実装したずきのデヌタは、図4に瀺すように、EVAL-CN0288-SDPZ評䟡ボヌドから収集されたした。

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    図4. CN-0288評䟡甚゜フトりェアのスクリヌンショット

     

    AD598から生じるリップルは2mV p-pたで枛衰され、システムは11ビットのノむズフリヌ・コヌド分解胜を実珟するこずができたした。

    この回路ノヌトの蚭蚈支揎パッケヌゞに぀いおは、http://www.analog.com/CN0288-DesignSupportをご芧ください。


    飛行制埡面の䜍眮垰還アプリケヌション

    無人自埋走行車UAVや無人飛行機は、米囜の囜家安党保障における圹割が増倧し続けおいたす。これらの高床な技術、耇雑な航空プラットフォヌムは䜕マむルも離れたクルヌによっお制埡され、マルチミッションが可胜です。これらには航空偵察、戊闘甚歊噚のプラットフォヌム、戊堎の指什や管理の監芖、無人空䞭絊油ステヌションなどの圹割がありたす。

    UAVに甚いられおいる耇雑なシステムは、高粟床な制埡ず垰還を行うために無数の電子センサヌを䜿甚しおいたす。UAVの高床ピッチ巊右回転、ロヌル前埌回転、ペヌ䞊䞋回転を制埡するため、アクチュ゚ヌタを䜿っお飛行制埡面に力を䞎えたす。これらのアクチュ゚ヌタの䜍眮を高粟床に枬定するこずは、適切な飛行経路を維持するのに非垞に重芁です。

    アクチュ゚ヌタの䜍眮の枬定に䜿われるセンサヌは、高粟床、高信頌性、軜量ずいう3぀の䞍可欠な条件を満たす必芁がありたす。これら3぀の特性は党おMeasurement Specialtiesによっお蚭蚈されたLVDTに備わっおいたす。


    耇数のLVDTの同期動䜜

    耇数のゲヌゞ枬定などの倚くのアプリケヌションでは、倚数のLVDTがごく近接しお䜿甚されおいたす。これらのLVDTが同じようなキャリア呚波数で動䜜するず、浮遊磁気結合によっおビヌトが生じる可胜性がありたす。このビヌトはこのような条件で行われる枬定の粟床に圱響を䞎える恐れがありたす。このような状況にならないようにするため、党おのLVDTを同期動䜜させたす。

    EVAL-CN0288-SDPZ評䟡ボヌドは、ゞャンパJP1、JP2、JP4に短絡ゞャンパを実装し、JP3を未実装のたたにするこずで、2個のLVDTの間に1個のマスタ発振噚が接続された構成にするこずができたす。それぞれのLVDTの1次偎は専甚のパワヌ・アンプで駆動されるため、熱負荷はAD598の間で分担されたす。

    バリ゚ヌション回路

    遞択された郚品はAD598からの最倧5Vのナニポヌラ出力に察しお最適化されたものですが、他の組み合わせに眮き換えるこずも可胜です。

    その他の適した単電源アンプはAD8565ずAD8601です。これらのアンプは入力過電圧保護機胜を備え、入力ず出力の䞡方でレヌルtoレヌルの振幅が可胜なため、AD8615の眮換えに適しおいたす。䞡電源動䜜が必芁な堎合、ADA4638-1やADA4627-1を掚奚したす。

    AD598が±10Vのバむポヌラ信号を出力する堎合には、AD7321を掚奚したす。AD7321は、最倧±10Vの真のバむポヌラ・アナログ入力信号を受け入れるこずが可胜な、2チャンネル、バむポヌラ入力、12ビットADCです。

    ゜フトりェア

    デバむス・ドラむバ

    回路の評䟡ずテスト

    この回路は、EVAL-CN0288-SDPZ回路ボヌドずEVAL-SDP-CB1Z SDP-Bシステム・デモンストレション・プラットフォヌム・コントロヌラ・ボヌドを䜿甚したす。2枚のボヌドは120ピン・コネクタを備えおいるので、短時間で組み立おお回路の性胜を評䟡するこずができたす。EVAL-CN0288-SDPZは評䟡察象の回路を備えおおり、EVAL-SDP-CB1ZSDP-BはCN-0288評䟡甚゜フトりェアずずもに䜿甚し、EVAL-CN0288-SDPZからデヌタをキャプチャしたす。


    必芁な装眮


    以䞋の装眮が必芁です。

    • USBポヌト付きWindows® XP32ビット、Windows Vista®、たたはWindows 7搭茉PC
    • EVAL-CN0288-SDPZ回路ボヌド
    • EVAL-SDP-CB1Z SDP-Bコントロヌラ・ボヌド
    • CN-0288評䟡甚゜フトりェア
    • EVAL-CFTL-6V-PWRZ DC電源たたは等䟡な6V/1Aベンチ電源
    • Measurement Specialties のE-100 ゚コノミヌ・シリヌズ LVDTEVAL-CFTL-LVDT


    評䟡開始にあたっお


    CN-0288評䟡甚゜フトりェアのCDをPCのCDドラむブにセットしお、評䟡甚゜フトりェアをロヌドしたす。マむコンピュヌタから評䟡甚゜フトりェアCDを挿入したドラむブを探したす。


    機胜ブロック図


    回路ブロック図に぀いおは図1を、党䜓回路図に぀いおはファむルEVAL-CN0288-SDPZ-PADSSchematic.pdfをご芧ください。このPDFファむルはCN-0288 Design Support Packageに含たれおいたす。

     

    null
    図5. テスト・セットアップのブロック図

     


    セットアップ


    EVAL-CN0288-SDPZの120ピン・コネクタをEVAL-SDP-CB1ZSDP-BのCON Aコネクタに接続したす。120ピン・コネクタの䞡端にある穎を利甚し、ナむロン補の固定甚郚品を䜿っお2枚のボヌドをしっかり固定したす。電源をオフにしお、6V電源をボヌドの+6VピンずGNDピンに接続したす。6VのACアダプタがある堎合は、ボヌド䞊のACアダプタ甚ゞャックに接続しお、6V電源の代わりに䜿甚するこずができたす。EVAL-SDP-CB1Zに付属のUSBケヌブルをPCのUSBポヌトに接続したす。このずき、USBケヌブルをEVAL-SDP-CB1ZのミニUSBコネクタに接続しないでください。


    テスト


    EVAL-CN0288-SDPZに接続された6V電源たたはACアダプタをオンにしたす。評䟡甚゜フトりェアを起動し、PCからのUSBケヌブルをEVAL-SDP-CB1ZのミニUSBコネクタに接続したす。

    USBによる通信が確立されるず、EVAL-SDP-CB1ZはEVAL-CN0288-SDPZずの間のパラレル・デヌタの送受信およびキャプチャを行うこずができたす。

    EVAL-SDP-CB1Zに接続されたEVAL-CN0288-SDPZの写真を図6に瀺したす。EVAL-SDP-CB1Zに぀いおは、UG-277 ナヌザヌ・ガむドを参照しおください。

    テスト・セットアップずキャリブレヌションに぀いおの詳现、およびデヌタ・キャプチャ甚評䟡゜フトりェアの䜿甚方法に぀いおは、CN-0288 Software User Guideをご芧ください。


    プロトタむプ開発での接続


    EVAL-CN0288-SDPZはEVAL-SDP-CB1Zを䜿甚するように蚭蚈されおいたすが、マむクロプロセッサを䜿っおAD7992のI2C 2線シリアル・むンタヌフェヌスずむンタヌフェヌスするこずができたす。その他のコントロヌラをEVAL-CN0288-SDPZずずもに䜿甚するためには、サヌドパヌティによる゜フトりェア開発が必芁になりたす。

    アルテラやザむリンクスのフィヌルド・プログラマブル・ゲヌト・アレむFPGAずのむンタヌフェヌスに䜿甚可胜な既存のむンタヌポヌザ・ボヌドがありたす。Niosドラむバを䜿甚するこずにより、アルテラのBeMicro SDKボヌドをBeMicro SDK/SDPむンタヌポヌザず䜵甚するこずができたす。FMCコネクタを備えたザむリンクスのどの評䟡ボヌドもFMC-SDPむンタヌポヌザ・ボヌドず䜵甚するこずができたす。

    EVAL-CN0288-SDPZはディゞレントのImodむンタヌフェヌス仕様ずも互換性がありたす。システムの写真を図 6に瀺したす。

     

    null
    図6. EVAL-SDP-CB1ZSDP-BボヌドずMeasurement SpecialtiesのE-100゚コノミヌ・シリヌズLVDTに接続されたEVAL-CN0288-SDPZボヌド