AD698点击型号即可查看芯片规格书
特征
包含内部振荡器和参考电压；无需调整；半桥接口，4线L V DT；直流输出与位置成比例；20赫兹至20千赫频率范围；单极或双极输出；也会解码交流信号；出色的表现；线性度：0.05%；输出电压：611V；G ain漂移：20 ppm/8C（典型）；偏移漂移：5 ppm/8C（典型）。
产品描述
AD698是一个完整的单片线性可变差动变压器（LVDT）信号调理子系统。它与LVDTs结合使用，将传感器的机械位置转换为单极或双极直流电压，具有很高的精度和重复性。所有的电路功能都包含在芯片中。通过添加一些外部无源元件来设置频率和增益，AD698将原始LVDT输出转换为缩放的直流信号。该设备将使用半桥LVDTs、以串联对开配置（4线）连接的LVDTs和RVDTs运行。
AD698包含一个低失真正弦波振荡器来驱动LVDT主电路。AD698的两个同步解调通道用于检测一次和二次振幅。该部分将二次输出除以一次输出的振幅，再乘以比例因子。这消除了由于主传动振幅漂移引起的比例因数误差，提高了温度性能和稳定性。
AD698采用独特的比率结构，消除了与传统LVDT接口方法相关的一些缺点。这种新电路的优点是：无需调整；提高了温度稳定性；提高了传感器的互换性。
AD698有两种性能等级：
产品亮点
1、AD698提供了一个单芯片解决LVDT信号调节问题的方案。所有的有源电路都在单片机上，只有无源元件才能完成从机械位置到直流电压的转换。
2、AD698可用于多种不同类型的位置传感器。该电路经过优化，可用于任何LVDT，包括半桥和串联反对（4线）配置。AD698可适应各种输入和输出电压及频率。
3、20Hz至20kHz的激励频率由单个外部电容器确定。AD698提供高达24伏rms的差分驱动LVDT主电源，AD698满足其规格，输入电平低至100毫伏rms。
4、振荡器振幅随温度的变化不会影响电路的整体性能。AD698计算二次电压与一次电压的比值，以确定位置和方向。无需调整。
5、只要不超过功耗限制，多个lvdt可以由单个AD698驱动，可以是插入式或并联式。励磁输出受到热保护。
6、AD698可作为简单机电伺服回路设计中的回路积分器。
7、传感器二次电压之和不需要恒定。
典型特性（在+25C和VS=15V时，除非另有说明）°
操作理论
下面的图5显示了AD698的框图以及与其输入端相连的LVDT（线性可变差动变压器）。LVDT是一个机电转换器，它的输入是磁芯的机械位移，输出是与磁芯位置成比例的交流电压。两种流行的LVDT类型是半桥型和系列对向或四线LVDT。在这两种类型中，可移动磁芯在绕组之间耦合磁通。串联反向连接的LVDT传感器由一个由外部正弦波参考源激励的一次绕组和两个以串联反向配置连接的二次绕组组成。当磁芯从中心移开时，串联二次侧的输出电压增加。通过测量输出的相位来检测运动方向。半桥LVDTs有一个带中心抽头的单线圈，工作原理类似于自耦变压器。励磁电压施加在整个线圈上；中心抽头处的电压与位置成比例。该装置的工作原理类似于电阻分压器。
AD698使LVDT线圈通电，感应LVDT输出电压，并产生与磁芯位置成比例的直流输出电压。AD698有一个正弦波振荡器和功率放大器来驱动LVDT。两个同步解调级可用于解码一次和二次电压。解码器确定输出信号电压与输入驱动电压（A/B）的比率。滤波器级和输出放大器用于缩放结果输出。
振荡器包括产生三波输出的多谐振荡器。三波驱动一个正弦整形器，产生一个低失真正弦波。频率和振幅由单个电阻器和电容器决定。输出频率范围为20赫兹至20千赫，振幅为2伏至24伏均方根。总谐波失真通常为-50分贝。
AD698通过同步解调调幅输入（二次）和固定输入基准（一次或二次或固定输入之和）来解码LVDTs。早期解决方案的一个常见问题是驱动振荡器振幅的任何漂移直接对应于输出中的增益误差。AD698通过计算LVDT输出与输入激励之比来消除这些误差，以消除任何漂移效应。该装置与AD598 LVDT信号调节器的不同之处在于，它实现了不同的电路传输功能，并且不要求LVDT二次元件（a+B）的总和与行程长度恒定。
AD698框图如下所示。输入端由两个独立的同步解调通道组成。B通道设计用于监测LVDT的驱动激励。全波整流输出经C2滤波后送入计算电路。通道A是相同的，只是比较器是分开固定的。由于A信道可以在LVDT为零时达到0v输出，因此A信道解调器通常由主电压（B信道）触发。此外，相位补偿网络可能需要向a信道添加相位超前或滞后，以补偿LVDT一次到二次相移。对于半桥电路，相移是非临界的，并且A通道电压足够大，足以触发解调器。
一旦两个信道都被解调和滤波，就使用一个用占空比乘法器实现的除法电路来计算a/B比。除法器的输出是一个占空比。当A/B等于1时，占空比等于100%。（该信号可按需要脉冲宽度调制输出的情况使用。）占空比驱动一个电路，该电路调制和过滤与占空比成比例的参考电流。输出放大器将500微安的参考电流转换成电压。因此，输出传递函数为：
连接AD698
如图7、8和13所示，AD698可轻松连接以进行双电源或单电源操作。以下一般设计程序演示如何选择外部组件值，并可用于满足AD698输入/输出标准的任何LVDT。A和B通道以及A通道比较器的连接将取决于使用的传感器。一般来说，请遵循以下准则。
用外部无源元件设置的参数包括：激励频率和振幅、AD698输入信号频率和标度因数（V/英寸）。此外，还有可选功能：偏移零点调整、滤波和信号集成，可以通过添加外部组件来实现。
设计程序双电源操作
图7显示了半桥LVDTs的连接方法。图8展示了在串联反向配置中连接的3线和4线LVDTs的连接。两个例子都使用双±15伏电源。
A.确定振荡器频率
频率通常由系统所需的带宽决定。然而，在某些系统中，频率被设置为与制造商推荐的LVDT零相频率相匹配；在这种情况下，请跳到步骤4。
1、确定LVD位置测量子系统F子系统所需的机械带宽。对于本例，假设fSUBSYSTEM=250赫兹。
2、选择最小LVDT激励频率近似10×FS子系统。因此，让激励频率=2.5 kHz。
3、选择一个合适的LVDT，它将在2.5khz的激励频率下工作。例如，Schaevitz E100将在50赫兹到10千赫的范围内工作，是本例的合格候选设备。
4、选择励磁频率确定部件C1。
B.确定振荡器振幅
设置振幅，使主信号处于1.0 V至当LVDT处于机械满标度位置时，3.5v rms范围和二次信号在0.25v到3.5v rms范围内。这优化了线性度并最小化了噪声敏感性。由于该部分是按比例计算的，因此激励的确切值相对不重要。
5、确定最佳LVDT激励电压VEXC。对于4线LVDT，在其机械满标度下确定LVDT的电压转换比VTR。VTR＝LVDT灵敏度×最大行程长度为NULL。
LVDT灵敏度列在LVDT制造商的目录中，每英寸位移的输入电压输出单位为伏特。E100的灵敏度为2.4 mV/V/mil。如果制造商没有给出LVDT灵敏度，则可以进行计算。请参阅有关确定LVDT灵敏度的部分。
将一次励磁电压乘以电压互感器，得到机械满标度时的预期二次电压。例如，对于灵敏度为2.4 mV/V/mil且满刻度为±0.1英寸的LVDT，VTR=0.0024 V/V/mil×100 mil=0.24。假设最大激励为3.5 V rms，最大二次电压将为3.5 V rms×0.24＝0.84 V rms，在可接受的范围内。
相反地，可以显式地测量VTR。当LVDT在其典型的驱动水平VPRI上通电时，如制造商所示，将堆芯位移设置到其机械满标度位置，并测量二次设备的输出VSEC。计算LVDT电压转换比VTR。VTR=VSEC//VPRI。对于E100，VSEC=0.72 V，对于VPRI=3 V。VTR=0.24。
对于LVDT灵敏度较低，或机械FS是总行程长度的一小部分的情况，可能需要大于3.5v rms的输入激励。在这种情况下，可以在LVDT一次侧放置一个分压器网络，以便为+BIN和–BIN输入提供较小的电压。例如，如果为了将B信道输入除以1/2而添加了网络，则出于组件选择的目的，VTR也应减小1/2。
检查电源电压，确认VA和VB的峰值至少比+VS和–VS处的电压低2.5伏。
6、参考图9，对于VS=±15v，选择图9中曲线所示的振幅确定组件R1的值。
7、C2、C3和C4是AD698位置测量子系统所需带宽的函数。它们名义上应该相等。
C2 = C3 = C4 = 10–4 Farad Hz/f5UBSYSTEM (Hz)，如果所需的系统带宽为250赫兹，则C2 = C3 = C4 = 10-4 Farad Hz/250 Hz = 0.4 μF，有关AD698带宽和相位特性的更多信息，请参见图14、15和16。
D.设置满标度输出电压
8、计算R2，设置AD698增益或满标度输出范围，需要几条信息：
a.LVDT灵敏度
b.全尺寸岩芯从零位位移，d：S×d=VTR，也等于机械满负荷时的比值A/B规模。录像机应转换成V/V单位。
对于d英寸的全尺寸位移，电压超出AD698计算为：
VOUT是相对于信号基准测量的，插脚21，如图7所示。求解R2，
对于VOUT=±10 V满量程（20 V量程）和d=±0.1英寸满量程位移（0.2英寸量程）：
图10显示了上述示例中作为位移函数的VOUT。
E.输出电压摆动的可选偏移量
9、R3和R4的选择允许正或负输出电压偏移调整。
对于无偏移调整，R3和R4应开路。
要设计一个产生0 V至+10 V输出、位移为+0.1英寸的电路，请将VOUT设置为+10 V，d=0.2英寸，并求解R2的方程式。
这将产生如图11所示的响应。
在等式（2）中，将VOS设置为5v，并求解R3和R4。因为需要正偏移，所以让R4开路。重新排列方程（2）和R3的求解：
请注意，应选择VOS，以便R3不能有负值。
图12显示了所需的响应。
设计程序
单电源操作
图13显示了单电源连接方法。
对于单电源操作，重复双电源操作设计程序的步骤1至10。R5、R6和C5是有待确定的附加成分值。VOUT是根据信号参考来测量的。
10、基于关系计算R5和R6的最大值：
11、R5上的电压降必须大于：
因此
基于R5+R6（步骤10）和R5（步骤11）的约束，选择一个中间值R6。
12、通过RL的负载电流返回R5和R6的交界处，并流回VPS。在最大负载条件下，确保在步骤11中定义R5上的电压降。
最后检查电源电压时，确认VA和VB的峰值至少比+VS和–VS之间的电压低2.5伏。
13、C5是0.1至1μF范围内的旁路电容器。
增益相位特性
要在闭环机械伺服应用中使用LVDT，必须了解传感器和接口元件的动态特性。一旦磁芯移动，传感器本身的响应非常快。动力学主要来自界面电子学。图14、15和16显示了AD698 LVDT信号调节器的频率响应。请注意，图15和图16基本相同；区别在于涵盖的频率范围。图15显示了以牺牲精度为代价的更大范围的机械输入频率。
图16显示了一个更有限的频率范围和更高的精度。这些数字是传递函数，输入被视为正弦变化的机械位置，输出被视为来自AD698的电压；传递函数的单位是每英寸伏特。图7中C2、C3和C4的值均相等，并在图中指定为参数。响应大约是两个实极点的响应。然而，在较高的频率下存在明显的过相位。一个附加的滤波极点可以通过一个并联电容器穿过R2，如图7所示；这也会增加相位滞后。
当选择C2、C3和C4的值来设置系统的带宽时，需要权衡。“直流”位置输出电压存在纹波，其大小由滤波电容决定。一般来说，较小的电容器将提供更高的系统带宽和更大的纹波。图17和18显示了作为C2、C3和C4函数的波纹大小，同样在数值上都相等。另请注意，图7中R2上的并联电容器作为参数显示。使用的R2值为81 kΩ，Schaevitz E100 LVDT。
测定LVDT灵敏度
LVDT灵敏度可以通过测量LVDT二次电压作为主驱动器和核心位置的函数来确定，并进行简单的计算。
在其推荐的主驱动器级别VPRI（E100为3v rms）上给LVDT通电。将磁芯位移设置到其机械满标度位置，并测量二次电压VA和VB。
从图19中可以看出，
热关机和加载注意事项
AD698由热过载电路保护。当模具温度达到165℃时，正弦波激励幅度逐渐减小，从而降低内部功耗和温度。
由于译码器电路的比率运算，只有很小的误差来自于激励幅度的减小。在这些条件下，AD698的信号处理部分继续满足其输出规范。
热负荷取决于输送到负荷的电压和电流以及电源电压。LVDT一次绕组将对正弦波激励产生感应负载。还必须考虑励磁电压和电流之间的相位角，使热计算更加复杂。
应用
AD598的大多数应用程序也可以用AD698实现。有关详细说明，请参阅为AD598编写的应用程序。
见AD598数据表：
–测试环秤
–多个LVDTs的同步运行
–高分辨率位置-频率电路
–低成本设定值控制器
–机械随动伺服回路
–差动测量和精密差动测量
交流电桥信号调节器
使用直流激励的电桥电路经常受到热电偶效应、1/f噪声、电子器件中的直流漂移和线路噪声拾取引起的误差的困扰。解决这些问题的一种方法是用交流波形激励电桥，用交流放大器放大电桥输出，并同步解调产生的信号。在同步解调器的输出端，将来自电桥的交流相位和幅度信息恢复为直流信号。低频系统噪声、直流漂移和解调器噪声都混合到载波频率，可以通过低通滤波器去除。
AD698加上一个简单的交流增益级可用于实现交流电桥。图20显示了这样一个系统的连接。AD698振荡器为电桥提供交流激励。低电平电桥信号由A1、A2创建的增益级放大，以向AD698的a信道提供差分输入。然后，该信号由信道同步检测。B通道用于检测电桥激励水平。然后计算A/B的比值，并通过R2转换为输出电压。可以在比较器前面添加可选的相位滞后/超前网络，以通过电桥和放大器来调整相位延迟，或者如果相位延迟很小，则可以忽略或通过增益调整进行补偿。
该电路可用于电阻桥，如应变计，或电感或电容桥，通常用于压力或流量传感器。这些传感器的低电平信号输出易受噪声和干扰的影响，是交流信号处理技术的良好候选者。
组件选择
放大器A1、A2将根据所调节电桥的类型来选择。电容电桥应使用低偏置电流的放大器；从放大器输入端到接地端需要一个大的放气电阻器，以提供直流偏置电流的路径。电阻和电感桥可以使用更通用的放大器。A1、A2的直流性能不如交流性能重要。由于与载波频率不同步，诸如电压偏移等直流误差将被AD698截断。
AD698的振荡器幅度和跨距电阻可以通过首先计算电桥和交流放大器的传递函数或灵敏度来选择。此比率将对应于AD698传输函数中的A/B项。例如，假设使用全刻度灵敏度为2 mV/V的电阻应变计。为接近其最大值的a（b）选择任意目标值，例如a = 0.8。然后为交流放大器选择一个增益，这样从激励到输出的应变计传递函数也等于0.8。因此，所需的放大器增益将为[A/B]/S；或0.8/0.002 V/V=400。然后选择RS和RG的值。对于增益阶段：
求解VOUT/VIN=400并设置RG=100Ω，然后：
选择一个在1V到3.5V rms范围内的振荡器振幅。对于3 V rms的输入激励电平，放大器增益级的输出信号将为3.5 V rms×0.8 V或2.4 V rms，这在可接受的范围内。
由于A/B已知，R2的值，输出FS电阻可通过以下公式选择：
对于FS处的10v输出，a/B为0.8；求解R2。
这将导致来自桥的满标度信号的输出电压为10 V。其他部件C1、C2、C3、C4可通过遵循前面提到的一般设备操作指南来选择。
如果需要增益微调，则可以使用微调电阻器来调整R2或RG。桥接器偏移应通过AD698偏移1和偏移2引脚上的微调网络进行调整。
外形尺寸
尺寸单位为英寸和（mm）
