电路功能及优点

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图1所示的电路是一个完整的线性可变差异变压器，无需调节 （LVDT）信号调节电路。线性位移(位置)可以准确测量。

LVDT它是一种高度可靠的传感器，因为它的磁芯可以在没有摩擦的情况下滑动，部接触。LVDT适用于飞行控制反馈系统、伺服系统、机床自动测量等注重长期稳定性的工业和科研机电应用。

本电路采用 AD698LVDT信号调理器，包含一个正弦波振荡器和一个功率放大器，用于产生驱动原边LVDT激励信号。 AD副边输出也可以转换为直流电压。 AD8615轨道放大器缓冲 AD输出698，驱动12位低功耗模数转换器逐渐接近（ADC）。82系统动态范围 dB，带宽为250 Hz，非常适合精密工业位置和测量应用。

采用±15 V供电时，系统信号调节电路功耗仅为15 mA；采用 5 V电源供电时，功耗为3 mA。

讨论本电路笔记LVDT基本操作理论和设计步骤，用于优化图1中带宽给定的电路，包括噪声分析和器件选型方面的考虑。

图1. 通用LVDT信号调节电路(原理示意图:未显示所有连接和去耦)

电路描述

工作原理

LVDT它是一种绝对位移传感器，可以将线性位移或位置从机械参考点(或零点)转换为包含相位(方向)和幅度(距离)信息的比例电信号。移动部件接触即可完成移动部件(探头或磁芯接触即可完成LVDT操作。它依赖于电磁耦合。因此，此外，它可以不使用内置电子电路工作， LVDT广泛应用于军事和航空航天应用等在某些环境下使用寿命长、可靠性高的应用。

本电路采用Measurement SpecialTIes™，Inc.的E-100 经济型LVDT传感器系列，和 AD698搭配使用。E系列在整个范围内的线性度为±0.5%适用于工作温度适中的环境。

AD698是完整的LVDT信号调理子系统。它具有更高的精度和可重复性LVDT传感器的机械位置转换为单极直流电压。所有电路功能都集成在片中。只需增加几个外部无源元件来设置频率和增益， AD698就能将原始LVDT 副边输出转换为比例直流信号。

AD698内置低失真弦波振荡器驱动LVDT原边。正弦波频率由单个电容器决定，频率范围为20 Hz至20 kHz，幅度范围为2 V RMS至24 V RMS。

LVDT副边输出由两个正弦波直接驱动 AD698。 AD698调制输入同步解调幅度(次级，A）参考电压(初级、次级、固定输入，B）解码 LVDT。之前解决方案的一个常见问题是，驱动振荡器范围的任何漂移都会直接导致输出增益误差。 AD698计算 LVDT输出与输入激励的比值抵消任何漂移的影响，从而消除这些误差。该器件与AD598 LVDT不同的信号调节器有不同的电路传输函数，不需要LVDT次级端求和（A B）与冲程长度一致。

AD698框图见图2。输入由两个独立的同步解调通道组成。B通道监控LVDT驱动激励。C过滤全波整流输出，然后发送到计算电路。除了提供比较器引脚外，通道A的性能完全相同。由于LVDT空时A通道可能达到0 V因此，初级端电压通常用于输出（B通道)触发A通道的解调器。此外，向A通道可能需要相位补偿网络AD芯片代理补偿增加相位超前或滞后LVDT从初级端到次级端的相移。相移对于半桥电路来说并不重要，A通道电压足以触发解调器。

图2. AD698框图

两个通道解调和滤波后，使用配备空比乘法器的分压电路计算A/B的比值。分压器的输出占空比。若A/B等于1，占100%。(如需脉冲宽度调制输出，可使用此信号)。占空比驱动电路，调制和过滤与占空比成正比的基准电流。输出放大器调整5000 μA将基准电流转换为电压。输出传输函数为：

器件选择

遵循 AD698数据手册中的双电源操作（±15 V）设计程序，将激励频率设为2.5 kHz、系统带宽为250 Hz、输出电压范围为0 V至5 V。

AD698内部振荡器通常会产生少量的纹波并传输到输出端。使用无源低通滤波器将纹波降低到要求的水平。

在选择电容值设置系统带宽时，需要做出一些平衡。选择较小的电容值会使系统具有较高的带宽，但会增加输出电压纹波。通过增加反馈电阻两端的并联电容值，可以抑制纹波（反馈电阻用于设置输出电压电平），但这会增加相位滞后。

AD8615操作放大器缓冲 AD698的输出，而AD698可以保证低阻抗源驱动 AD7992ADC(高阻抗源将大大降低ADC交流性能)。

低通滤波器位于 AD698的输出和 AD8615输入之间有两个作用:

限制 AD输入电流为8615。

过滤输出电压纹波。

AD8615的内部保护电路使输入端承受高于电源电压的输入电压。因为 AD698的输出电压可以在±15 V 摆动电源±11 V。只要输入电流限制在5 mA以内，输入端便可施加更高的电压。这主要是因为 AD8615 （1 pA）输入偏置电流极低，电阻更大。使用这些电阻会增加热噪声，增加放大器总输出电压噪声。

AD8615用于缓冲和驱动12位SAR ADC AD理想的7992输入放大器，因为它具有输入过压保护和输入端和输出端轨道摆动能力。

噪声分析

如果选择了所有的信号调节器件，则必须确定转换信号所需的分辨率。就像大多数噪声分析一样，只考虑几个关键参数。RSS方法叠加；因此，只需考虑至少三到四倍于其他噪声源的单个噪声源。

对于LVDT对于信号调节电路，输出噪声的主要来源是 AD698输出纹波。相比之下，其他噪声源（ AD8615） 电阻噪声、输入电压噪声和输出电压噪声)要小得多。

当电容值为0.39 μF反馈电阻两端并联电容为10 nF（）时， AD输出电压纹波为0698.4 mV rms。请注意，图1中的简化原理图没有显示这些设备和相关的引脚连接；但详见 AD698数据手册。

图3. 输出电压纹波与滤波器电容的关系

最大的可以分析rms现在可以将满量程输出除以总系统rms得到噪声计算。

有效分辨率可以通过以2为基数来实现rms获得数求对数。

无噪声码分辨率可从有效分辨率中减去2.7位：

无噪声码分辨率= 有效分辨率 − 2.7位

可以这样计算系统的总输出动态范围:满量程输出信号(5 V） 除总输出均方根噪(0).4 mV rms），然后转化为dB，结果约为82 dB。

AD7992用的良好备用器件，7992与3.4 MHz使用串行时钟时，每个通道有12位分辨率和188 kSPS采样速率。

相位滞后/提前补偿

AD698将返回信号乘以初级参考振荡器的输入，并通过解调产生输出信号。少量的相移会导致大量的线性误差，这是输出的欠冲。

超前网络可以补偿相位E-100系列LVDT中小学到次级−3°相移。图4显示了两种不同的相位补偿网络。

图4. 相位滞后/先进网络

在为适当的网络选择元件值时，重要的是要注意RS 和R T 在激励信号达到时，有效地构成电阻分压器 AD698的 ±ACOMP降低输入前的范围。这表示R T 需比RS 大得多。滞后/超前电路也会增加激励输出的负载，因此建议使用较大的电阻值。最终目标是以较小的幅度下降 AD698ACOMP输入端达到所需相位滞后/先进。

相位滞后/超前量可根据以下等式计算：

测试结果

使用连接J3的Measurement SpecialTIes，Inc. E-100经济型LVDT，通过数字示波器监控 EVAL-CN0301-SDPZ评估板上 AD698J输出6，实际输出纹波为6.6 mV p-p，。

图5. 低通滤波器处理前的输出电压纹波

AD698输出和 AD8615输入之间的低通滤波器(3 kΩ、0.01 μF） −3 dB带宽为5.3 kHz，并且可以将纹波降低到2 mV p-p。

位于低通滤波器 AD698输出级和 AD数据可以在8615输入级之间进行 EVAL-CN0301-SDPZ收集评估板，。

图6. CN-0301评估软件屏幕截图

AD698纹波衰减至2 mV p-p，系统可获得11位无噪声代码分辨率。

请参考本电路笔记的完整设计支持包 http://www.analog.com/CN0301-DesignSupport。

飞行控制表面位置反馈中的应用

在美国，无人驾驶飞机（UAV），或者是说，无人驾驶飞机在国家安全中发挥着越来越重要的作用。这些高科技、复杂的高空作业平台由数英里外的人员控制，并支持多项任务。它们包括空中侦察、战斗武器平台、战场战区指挥、控制监督或无人空中加油站等功能。

UAV这个复杂的系统使用无数的电子传感器来准确地控制和反馈。如果需要控制UAV高度（俯仰、滚动和偏航）需要使用执行器对飞行控制表面施加力。这些执行器能否准确测量位置，对于保持正确的飞行路径至关重要。

用于测量执行器位置的传感器需要满足精度高、可靠性高、重量轻三个基本标准。Measurement SpecialTIes，Inc. 公司设计的LVDT三个属性都可以满足。

多LVDT同步工作

在许多应用中，会有大量的应用LVDT近距离使用，如多计数测量。如果这些。LVDT以类似的载波频率运行，杂散磁耦合可能导致拍频。在这些条件下，拍摄可能会影响测量精度。为了避免这种情况，一切LVDT均同步工作。

EVAL-CN0301-SDPZ 评估板配置后(用短路跳线连接跳线JP1和JP而且不连接JP四、可在两个LVDT主振荡器之间形成。 每个LVDT原边由自己的功率放大器驱动 AD共享698器件之间的热负荷。

常见变化

所选设备针对最大5 V的 AD698单极性输出优化；但也可以用其他组合代替。

其他适用的单电源放大器包括 AD8565 和 AD8601。由于输入过压保护和输入端和输出端的轨道摆动能力，这些放大器是 AD8615合适的替代品。如果需要双电源，建议使用 ADA4638-1或 ADA4627-1。

AD7321是双通道，双极性输入，12位ADC，支持高达±10 V若AD698输出±10 V建议使用双极信号 AD7321。