3 能源量測中使用的 PCB 羅技線圈靈敏度與 ADC 雜訊性能

PCB 羅式線圈靈敏度通常以每安培微伏特為單位，並取決於幾何形狀（圈數，線圈尺寸） 、核心材料（如果有）、電流頻率和環境因素（溫度，濕度，外部磁場）[9]。常見的靈敏度範圍從每安培數十到幾百微伏特 [9]。

家用電錶的常見精度要求是測量 250mA 均方根 （RMS） 相電流，精度為 2% [1]。例如，對於200μV/A的羅氏線圈，對於該相電流，ADC輸入端的訊號僅為200μV/A×0.250A=50μV。以 2% 的精度測量該訊號所需的 ADC 性能（即決定有效解析度的雜訊）低至 0.02 × 200μV/A × 0.250A = 1μV，如 方程式 1 所定義：

其中 V_nADC 為所需的 ADC 雜訊位準， TOL 為指定相位電流的指定量測精度（以百分比表示）， I_{相位 rms} （以安培為單位），而 k 則是羅式線圈的靈敏度常數（以微伏特 / 安培為單位）。

因此，在這個例子中，ADC的總雜訊（量化雜訊加上白雜訊）需要低於 1μV。

將 1μV ADC 雜訊需求與德州儀器（TI）ADS131M08[10] 等精密 ADC 的規格進行比較，很明顯，達到預期的性能水準可能需要對 ADC 樣本進行額外的平均值。表 2說明此平均結果，並顯示由過取樣率（OSR）定義的各種增益設定和資料速率，以 RMS 微伏特為單位的總 ADC 雜訊。增益為 1 且取樣率為 4kSPS （OSR = 1,024）時， ADC 雜訊約為 5μVrms μV。由於雜訊以 √2 的因數改善以使平均時間加倍，因此若要滿足 ADC 雜訊的 <1μV 要求，就需要 ≥16ms 的時間段。大多數能量計量系統都可以接受，通常需要 20ms 的更新速率 [1]。這種平均類型可通過結合使用 delta-sigma ADC 內部超取樣率 （OSR ） 功能和外部後平均來實施 ADC 內部超取樣。

表 2另一個建議的選項是為 ADC 內部的可編程增益放大器（PGA）選擇更高的增益，因為它會降低參考輸入的雜訊 [10]。或者，您也可在訊號到達 ADC 前，以外部增益級做為訊號先決條件。但外部增益級會大幅增加訊號鏈的成本。