作者：Colm Slattery and Ke Li

流量計在當今工業(yè)中的應用范圍在哪里？

“如果你不能衡量它，你就無法管理它。這是工業(yè)界經常聽到的一句話，尤其與流量測量有關。簡單地說，越來越需要監(jiān)測更多的流量，而且往往要有更高的速度和準確性。有幾個領域工業(yè)流量測量很重要，例如住宅垃圾。隨著人們越來越關注保護我們的環(huán)境，在我們努力創(chuàng)造一個更清潔、污染更少的世界時，廢物的處置和監(jiān)測至關重要。人類正在消耗大量的水，隨著世界人口的增長，這種情況將繼續(xù)下去。流量計對于監(jiān)測住宅污水廢物以及作為廢水處理廠過程控制系統(tǒng)的組成部分至關重要。

圖1.簡化的廢水處理廠。

流量計還可用于許多工業(yè)控制過程，包括化學/制藥、食品和飲料以及紙漿和造紙。此類應用通常需要在存在高含量固體的情況下測量流量，而大多數(shù)流動技術都不容易實現(xiàn)。

在貿易交接領域需要高端流量計，它處理雙方之間產品轉讓的轉移和支付。一個例子是通過大型管道輸送石油。在這里，即使流量測量精度隨時間推移的微小變化也可能導致其中一方的重大收入損失或收益。

為什么電磁感應技術非常適合液體流量測量？

在液體流量測量方面，該技術具有許多優(yōu)勢。傳感器通常插入管道直徑的管線中，因此設計為不會干擾或限制被測介質的流動。由于傳感器沒有直接浸入液體中，沒有移動部件，因此沒有磨損問題。

電磁法測量體積流量，這意味著測量對流體密度、溫度、壓力和粘度等影響的變化不敏感。一旦電磁流量計用水校準，它就可以用來測量其他類型的導電流體，無需額外的校正。這是其他類型的流量計所沒有的顯著優(yōu)勢。

電磁技術特別適用于在固液兩相介質內進行測量，例如具有懸浮污垢、固體顆粒、纖維的液體，或漿料等高導電介質中的粘度。它可用于測量污水，泥漿，礦漿，紙漿，化纖漿料和其他介質。這使得它特別適用于食品和制藥行業(yè)，在那里它可以測量玉米糖漿、果汁、葡萄酒、藥物和血漿以及許多其他特殊介質的流量。

這項技術是如何工作的？

電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律。根據(jù)法拉第定律，當導電流體流過傳感器的磁場時，一對電極之間會產生與體積流量成正比的電動勢，垂直于流動方向和磁場。電動勢的振幅可以表示為：

其中E是感應電勢，k是常數(shù)，B是磁通密度，D是測量管的內徑，v是流體在測量管內電極橫截面軸向方向上的平均速度。

圖2.電磁流量計的工作原理。

傳感器的輸出范圍是多少？

傳感器具有差分輸出。其靈敏度通常為 150 微伏/（mps） 至 200 微伏/（mps）。由于激勵電流與其方向交替，傳感器輸出信號幅度加倍。對于 0.5 米/秒至 15 米/秒的流量測量范圍，傳感器輸出信號幅度范圍為 75 微伏至約 4 mV 至 6 mV。圖3顯示了用恒流源激勵和流體流過傳感器時的傳感器輸出信號。傳感器輸出引線上捕獲的示波器圖顯示，在顯著共模電壓下有一個非常低電平的信號。紫色跡線表示正極，紅色跡線表示負極。粉紅色跡線是減去正極和負極的數(shù)學通道。低電平信號處于顯著共模。

圖3.電磁流量傳感器的輸出信號。

測量傳感器的傳統(tǒng)方法是什么？

傳統(tǒng)方法在很大程度上是模擬方法——具有高輸入阻抗的前置放大器級，以減輕傳感器泄漏效應和高輸入共模抑制，然后是3RD或 4千訂購模擬帶通濾波器、采樣保持級，最后訂購模數(shù)轉換。典型的模擬前端方法如圖4所示。傳感器輸出信號首先由儀表放大器放大。盡可能放大感興趣的信號至關重要，同時也要避免放大器輸出飽和，因為不需要的直流共模電壓。這通常將第一級儀表放大器的增益限制在不超過×10。帶通濾波器級進一步消除直流效應，并將信號重新放大到采樣保持電路中，然后發(fā)送至模數(shù)轉換器，該差分信號代表流速。

圖4.傳統(tǒng)的模擬前端方法。

影響電磁流量計架構變化的市場趨勢是什么？

有多種行業(yè)趨勢推動了對新架構的需求。一是對更多數(shù)據(jù)的需求不斷增加。監(jiān)測液體中除流量以外的其他屬性的能力變得越來越有價值。例如，這可以確定液體中可能存在哪些污染物，也可以確定液體是否具有適合應用的正確密度/粘度。添加此類診斷有許多這樣的要求和好處。傳統(tǒng)的模擬方法不可能輕易提取此類信息，因為大多數(shù)傳感器信息在同步解調階段會丟失。

在制造過程中，對提高生產力和效率的需求也在不斷。例如，在液體計量/灌裝應用中，越來越多的灌裝節(jié)點被添加，隨著制造過程的擴大和灌裝速度的提高，這推動了對更快、更準確的流量監(jiān)控的需求。

圖5.液體計量/灌裝。

傳統(tǒng)上，機械或重量技術已被用于確定作為計量過程的一部分添加的正確液體量，或作為生產過程的一部分確定確切的填充量。這些往往非常昂貴且難以擴展。為了滿足這一需求，流量計，特別是涉及液體的電磁流量，已成為首選技術。

新架構是什么樣的？

過采樣方法極大地簡化了模擬前端設計。可以移除模擬帶通濾波器和采樣保持級。電路中的前端放大器現(xiàn)在僅由一級儀表放大器組成，在本例中為AD8220 JFET輸入級軌到軌輸出儀表放大器，可直接連接到高速Σ-Δ轉換器。

圖6.采用AD8220和AD717x-x的過采樣架構模擬前端。

對模擬前端來說，什么很重要，這對我的設計有何影響？

放大器和ADC是該應用中兩個最關鍵的模塊。第一級放大器有許多關鍵要求。

其中一個要求是共模抑制比（CMRR）。液體電解質中的離子進行定向運動，因此電極和流體之間產生電勢，這就是我們所說的極化。如果兩個電極完全匹配，則電極上的電勢應相等。不同金屬的極化電壓范圍為幾百mV至±2 V。這是出現(xiàn)在傳感器輸出和前置放大器輸入端的直流共模電壓。前置放大器是抑制這種共模的關鍵。

圖7.共模被前置放大器抑制。

100 dB CMRR會衰減0.3 V直流共模為3 μV，表現(xiàn)為放大器輸出端的直流失調，隨后可以校準。在理想情況下，傳感器上的共模電壓將保持不變，但實際上它會隨著時間的推移而變化，并受到其他影響的影響，如液體質量或溫度。CMRR越高，就越能減少對連續(xù)背景校準的需求并提高流動穩(wěn)定性。

表 1.共模抑制對實際流速的影響

	CMRR 與 CMV 直流以及抑制后的噪聲
共模抑制比	120分貝	100分貝	80分貝	60分貝
0.28 V直流共模	0.28 μV	2.8 μV	28 μV	280 μV
0.1 V共模噪聲	0.1 μV	1 μV	10 μV	100 μV
共模噪聲轉換為175 μV/（mps）傳感器的流速	0.0006 MPS	0.006 立方碼	0.06 英里/秒	0.6 英里/秒

電極的金屬材料接觸電解液。液體電解質和電極之間的摩擦產生更高頻率的交流共模電壓。雖然通常幅度較小，但交流共模表現(xiàn)為完全隨機的噪聲，因此更難抑制。這就要求前置放大器不僅在直流范圍內，而且在更高的頻率下都具有良好的CMRR。AD8220放大器在直流至5 kHz范圍內具有出色的CMRR。對于AD8220 B級器件，直流至60 Hz時的最小CMRR為100 dB，最高5 kHz時為90 dB，可將共模電壓和噪聲抑制至微伏左右。當CMRR為120 dB時，0.1 V 峰峰值降至0.1 μV 峰峰值。表2顯示了CMRR抑制不良對輸出傳感器信號的影響。

圖8.AD8220 直流和交流共模效應抑制

前置放大器級的低漏電流和高輸入阻抗是另一個關鍵參數(shù)，因為電磁流量傳感器的輸出阻抗可能高達GΩ。放大器的高輸入阻抗可以避免傳感器輸出負載過大，從而導致信號幅度減小。放大器的漏電流應足夠低，以便在流過傳感器時不會成為明顯的誤差源。10 pA 最大輸入偏置電流和 1013AD8220的輸入阻抗Ω使得該器件能夠處理電磁流量傳感器的各種輸出特性。表2列出了前置放大器的輸入阻抗對10 GΩ高輸出阻抗傳感器的影響。

表 2.放大器輸入阻抗對流量的影響

傳感器輸出阻抗 （GΩ）	放大器輸入阻抗 （GΩ）	降低信號幅度，持續(xù) 1 mps （μV）	重復性（%）	讀數(shù)誤差 （%）
10	10	87.50	0.065%	0.196%
10	100	15.91	0.051%	0.154%
10	1000	1.73	0.049%	0.148%
10	10,000	0.17	0.049%	0.147%

最后，0.1 Hz至10 Hz范圍內的1/f噪聲為應用設定了本底噪聲。當配置為增益為10時，AD8220的基準電壓噪聲約為0.94 μV p-p，瞬時分辨6 mm/sec和亞mms累積流速。

如何選擇我的ADC，應用中什么是重要的？

過采樣方法確實帶來了挑戰(zhàn)，并推動了ADC模塊的性能要求。由于沒有次級模擬濾波器有源增益級，因此僅使用ADC輸入范圍的一小部分。過采樣和平均本身無法顯著提高性能，因為每個傳感器周期都需要完全穩(wěn)定才能用于流量計算。此外，作為固件過程的一部分，您需要從這些有限的數(shù)據(jù)點獲得足夠的模數(shù)采樣，以消除意外故障。

圖9.流量信號采樣。

過采樣架構通常需要>20 kSPS數(shù)據(jù)速率的ADC速率，但越快越好。這與實際流量測量沒有特別關系。由于沒有模擬帶通濾波器級，ADC輸入端可以有效地看到原始傳感器輸出。在這種情況下，由于傳感器的上升沿未被濾波，ADC需要在上升沿和下降沿期間具有足夠的分辨率，以便足夠準確地捕獲這些沿。

流量計本身的精度可以確定為瞬時流量測量或累積流量測量。流量計標準使用累積流量技術 - 測量長時間（例如30或60秒）內水量的平均流量。這而不是瞬時流量測量決定了±0.2%的系統(tǒng)精度。瞬時流量適用于實時流量很重要的場合。它對電子設備的精度要求更高。理論上，要分辨到5 mm/sec的瞬時流動分辨率，ADC需要在一個激勵周期內實現(xiàn)20.7位峰峰值分辨率，即大約600個樣本的后FIR濾波器。這可以通過模擬前端實現(xiàn)。

表 3.模擬前端和ADC的噪聲預算

靈敏度為 175 μV/（mps） 的傳感器的流速分辨率	分辨率下傳感器輸出的信號幅度	模擬前端的參考輸入噪聲預算	過采樣模擬前端增益為10時的ADC噪聲預算
10 毫米/秒	3.5 μV 峰峰值	1.75 μV 峰峰值	5.8 μV 峰峰值/19.7 位*
5.4 毫米/秒	1.89 μV 峰峰值	0.95 μV 峰峰值	3.2 μV 峰峰值/20.6 位*
5毫米/秒	1.75 μV 峰峰值	0.88 μV 峰峰值	2.9 μV 峰峰值/20.7 位*
*數(shù)據(jù)來自一個FIR濾波周期和一個瞬時流量計算。

AD7172-2為電磁流應用提供了低輸入噪聲和高速采樣的完美組合。采用2.5 V外部基準電壓源的AD7172-2的典型噪聲可低至0.47μV峰峰值。這意味著最終的流動結果可以在高達50 SPS的速度刷新，而無需增加額外的擴增級。圖10顯示了采用AD7172-2的過采樣前端電路的噪聲圖。

圖 10.采用AD8220和AD7172-2過采樣架構的基準至輸入噪聲測試結果

我們如何才能獲得更快的響應，以滿足行業(yè)對更高效率的需求？

可以通過增加傳感器激勵頻率來提高流量測量的系統(tǒng)更新速率。在這種情況下，傳感器輸出建立的時間較短，因此可用樣本的平均值也較少。使用噪聲較低的ADC，折合到傳感器輸出噪聲的參考可以進一步降低。使用相同的前端驅動器AD8220，增益配置為×10，模擬前端性能可以以更高的更新速率與領先的競爭產品進行基準測試。表4和圖11顯示了ADI在更高的系統(tǒng)更新速率下與最接近的競爭對手相比獲得的優(yōu)勢。

表 4.測量精度與傳感器激勵頻率的比較

激勵頻率（赫茲）	6.25	12.5	25	50	100	200	400
使用AD7172-2	0.12%	0.12%	0.13%	0.16%	0.19%	0.24%	0.33%
與最接近的競爭對手	0.13%	0.15%	0.19%	0.25%	0.33%	0.46%	0.64%
差距	12%	22%	47%	57%	77%	89%	95%

圖 11.測量精度與傳感器激勵頻率的比較。

儀表放大器是否能夠直接驅動ADC，我如何確定這一點？

通常，這取決于儀表放大器的驅動能力和ADC的輸入結構。許多現(xiàn)代精密ADC都基于開關電容架構。片內采樣保持電路表現(xiàn)為上游放大器的瞬態(tài)負載，它必須能夠建立開關電容輸入以實現(xiàn)精確采樣。

圖 12.等效模擬輸入電路。

以下公式可用于檢查放大器是否要驅動ADC。

哪里：

帶寬是放大器驅動ADC所需的最小帶寬。

MCLK是ADC調制器時鐘頻率赫茲。

T 是短路相位時間，秒。

FS是ADC的全模擬輸入范圍，伏特。

CMV 是 ADC 輸入范圍的共模電壓，伏特。

誤差是ADC采樣的建立誤差。

例如，AD7172-2的調制器頻率為2 MHz，短路相位時間為10 ns，全輸入范圍為5 V，CMV為2.5 V，建立誤差為1 ppm。所得帶寬系數(shù)為8.7 MHz，當AD7172-2處于無緩沖模式時，驅動放大器需要此帶寬值。這超過了1.7 MHz，這是AD8220以及許多精密儀表放大器的增益帶寬積能力。AD7172-2在兩個ADC模擬輸入端均具有真正的軌到軌、集成式、精密單位增益緩沖器。它設計用于在所有頻率上驅動AD7172輸入級，并降低客戶的設計復雜性和風險。緩沖器提供高輸入阻抗，典型輸入電流僅為5 nA，允許將高阻抗源直接連接到模擬輸入。緩沖器完全驅動內部ADC開關電容采樣網(wǎng)絡，簡化了模擬前端電路要求，同時每個緩沖器的典型功耗為0.87 mA。每個模擬輸入緩沖放大器都是完全斬波的，這意味著它可以最大限度地減小緩沖器的失調誤差漂移和1/f噪聲。

磁場是如何產生的？

測量管內的磁場是通過通過安裝在管道外部旁邊的線圈施加恒定電流而產生的。線圈通常成對存在，并相互串聯(lián)。線圈通常是數(shù)百匝銅線，因此被其驅動器電路視為重要的電感負載。線圈電感通常約為數(shù)十至數(shù)百毫亨利，外加 50 Ω 至 100 Ω 直流串聯(lián)電阻。當驅動電路改變激勵電流的方向時，磁場在每個周期內交替其方向，這是通過打開和關閉H橋上的不同開關來完成的。交流頻率通常是用于消除噪聲的電源線頻率的整數(shù)倍。驅動電路由恒流源和微處理器控制的H橋組成。

圖 13.磁場產生。

功耗重要嗎？

是的。電磁流量計的激勵電流可能相當大，從小直徑的50 mA到大直徑管道的500 mA或1 A。恒流電路線性調節(jié)時會消耗大量功率和電路板面積。

與線性穩(wěn)壓恒流電路相比，開關模式電源可用于節(jié)省功耗。如圖所示，ADP2441配置為恒流源輸出模式。1.2 V ADR5040輸出電壓被兩個電阻分壓至150 mV。該150 mV電壓施加于ADP2441電壓跟蹤引腳，因此電壓反饋引腳也保持在150 mV。在反饋引腳上放置一個0.6 Ω電流設置電阻時，ADP2441會將其輸出電流調節(jié)到ISET電平。通過調整連接到ADP2441反饋引腳的電流設置電阻的值，可以調節(jié)恒流源。

圖 14 （a）.驅動隔離的H橋，帶SMPS和i耦合器。

（b）. 驅動隔離式H橋，帶線性穩(wěn)壓電流源和光耦合器。?

表 5.推薦的開關穩(wěn)壓器

推薦的ADI開關穩(wěn)壓器	效率
ADP2441	200 mA 輸出時為 90% （@12 V），最高支持 1 A
ADP2360	10 mA 輸出時為 90%，最高支持 50 mA

這種驅動級設計還有其他好處嗎？

有顯著的區(qū)域效益。電磁流量傳感器驅動器電路（也稱為激勵電路）通常與信號調理電路隔離——1 kV基本隔離通常就足夠了。傳統(tǒng)的電磁流量變送器通常使用光耦合器隔離。光耦合器的可靠性往往較差，而且相當大。ADuM7440數(shù)字隔離器結合了高速CMOS和單芯片空芯變壓器技術，在小型16引腳QSOP封裝中提供四個獨立的隔離通道。

圖 15.光耦合器與數(shù)字隔離器設計的面積比較

與采用光耦合器、線性穩(wěn)壓恒流源和分立式FET H橋采用通孔封裝的傳統(tǒng)方案相比，采用數(shù)字隔離方法節(jié)省的功耗可節(jié)省80%以上的電路面積。

表 6.H橋驅動階段使用的關鍵部件比較

組件	數(shù)量	包	面積（毫米2)		組件	數(shù)量	包	面積（毫米2)
PC817B	2	浸碼-4	63.24		ADUM7440ARQZ	1	QSOP-16	31
TIP127， PNP 達林頓	2	TO-220	51.54		ZXMHC6A07N8	1	SOIC-8	31
TIP22， NPN 達林頓	2	TO-220	51.54		MMBT3904LT1G	2	SOT-23	13.92
					1SMA5917BT3G	1	SMA	13.55
總面積			333		總面積			89

如何計算流量？

在數(shù)字域中，交流流信號仍然需要濾波和同步解調。圖15說明了該算法如何在數(shù)字域中實現(xiàn)同步解調。DSP發(fā)出控制信號1和2，這是一對用于電磁流量傳感器線圈激勵的互補邏輯信號。在這兩個信號的控制過電磁流量傳感器線圈的電流在每個周期中反轉，因此磁場的方向以及電極上的傳感器輸出在每個周期中也會反轉。

圖 16.數(shù)字域中的同步解調和流速計算。

例如，在第n個周期中，DSP（在本例中為ADSP-BF504F）知道ADC樣本進入時控制信號1和2的時序和邏輯。這允許DSP根據(jù)線圈驅動控制信號的邏輯狀態(tài)將這些ADC樣本分類到SRAM中的兩個陣列中。也就是說，在正半周期內獲得的帶時間戳的樣本被分類到一組，而在負半周期內獲得的那些樣本被分類到另一組中。隨后，每組器件均通過FIR（有限脈沖響應）低通濾波器。濾波器的截止頻率設置為30 Hz，允許有用信號通過，抑制電源線頻率和高頻噪聲分量的干擾。圖17顯示了過采樣前端設計中FIR濾波器的曲線，以及模擬同步解調架構中使用的模擬帶通濾波器的曲線。

圖 17 （a）.數(shù)字FIR低通濾波器的輪廓。

（b）. 模擬帶通濾波器的輪廓。

然后，該算法減去兩個平均值，得到與流速成比例的值。此值的結果單位是 LSB 每（米/秒）。此值需要進一步處理。最終的流速計算公式為：

哪里：

ΔFlowRate 是從正激勵和負激勵階段 LSB 中減去兩個平均值的結果。

V裁判是 ADC 基準電壓，伏特。

N 是 ADC 分辨率位數(shù)。

G是模擬前端的增益。

靈敏度是傳感器的標稱靈敏度，V/（米/秒）。

KT是發(fā)射器系數(shù)。

KS是傳感器系數(shù)。

KZ是零偏移量。

如何選擇合適的處理器？

過程的選擇是一個重要的選擇。人們越來越需要更多的處理能力，以支持更復雜的算法計算或增強診斷或預測。全球也在推動提高電氣和工業(yè)基礎設施的能源效率。客戶要求以更低的功耗和可達到的成本點獲得更多的處理能力。

用于EM流量的數(shù)字濾波器可能需要大量的處理能力。使用的32位FIR濾波器功耗為80 MIPS。流速計算、外圍通信驅動器和數(shù)據(jù)通信分別需要 40 MIPS、32 MIPS 和 20 MIPS。這些加起來總共達到 172 MIPS。在此設計中，上述任務由能力高達400 MIPS的ADSP-BF504F數(shù)字信號處理器完成。已經使用了近50%的處理能力，這是在多層通信堆棧、HART通信、診斷、安全監(jiān)控功能或LCM驅動器被包括在內之前。

表 7.MIPS 消耗

任務	MIPS
遠紅外濾波器	80
計量數(shù)據(jù)處理	40
AD7172-2 數(shù)據(jù)訪問	32
別人	20
總	172

片上外設也很關鍵。DSP具有多種功能來實現(xiàn)，包括SPI，UART，I2C和脈沖輸出通信。有 35 個 GPIO 可用于硬件控制和邏輯輸入/輸出，例如，用于控制 LCD、鍵盤輸入、警報和診斷。SRAM存儲器存儲濾波器系數(shù)、SPI數(shù)據(jù)通信、LCM數(shù)據(jù)緩存、機器狀態(tài)數(shù)據(jù)以及內部狀態(tài)標志。68 kB片上靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）滿足系統(tǒng)級要求，由32 kB L1指令SRAM/緩存和32 kB L1數(shù)據(jù)SRAM/緩存組成。RS-485和HART通信也需要存儲器。ADSP-BF504F的4 MB片內閃存可用于存儲程序數(shù)據(jù)、濾波器系數(shù)和校準參數(shù)。

圖 18.ADSP-BF504F外設。

展望未來，將繼續(xù)推動越來越多的處理能力。為了滿足這一不斷增長的需求，ADSP-BF70x Blackfin處理器系列是一款高性能DSP，可在低于100 mW的情況下提供一流的800 MMACS處理能力。經濟高效的八成員系列包括高達 1 MB 的內部 L2 SRAM，在許多應用中無需外部存儲器，而第二種配置具有可選的 DDR2/LPDDR 存儲器接口。表8顯示了ADSP-BF7xx系列的主要特性。?

表 8.ADSP-BF70x 黑鰭金槍魚處理器系列

通用設備	DSP 內核性能	片上存儲器	外部存儲器	關鍵連接選項	其他功能	包
ADSP-BF700 ADSP-BF702 ADSP-BF704 ADSP-BF706	100 MHz 至 400 MHz 800 MMCAC， 16 位 400 MMCAC， 32 位	132 kB 一級靜態(tài)存儲器/緩存 二級靜態(tài)存儲器 選項 128 kB 256 kB 512 kB 1 MB 512 kB 二級只讀存儲器	不適用	ePPI， 運動型 （2）， 四/雙 SPI （3）， I2C， UART （2）， CAN 2.0 B （2）， SD/SDIO/MMC （4 位） USB 2.0 HS OTG	OTP、安全加速器、 數(shù)據(jù)完整性（具有 L1 奇偶校驗和 L2 ECC）、 WDT、RTC	QFN 88 引腳， 12 mm × 12 mm
ADSP-BF701 ADSP-BF703 ADSP-BF705 ADSP-BF707			16 位 LPDDR DDR2	以上選項加上 SDIO / MMC / eMMC（8 位） 4 通道、12 位 ADC		BGA 184 球 12 毫米 × 12 毫米 0.8 毫米

ADI為電磁流量計解決方案提供什么？

ADI開發(fā)了一個系統(tǒng)級參考設計，用于對電磁流量計的完整信號鏈進行原型設計。該系統(tǒng)的配置使其可以連接到任何EM流量傳感器類型，應用適當?shù)募铑l率和電壓電平以產生磁場（由Blackfin DSP控制），測量傳感器輸出，并應用后處理濾波器和算法來計算流速。ADI在實際流量鉆機環(huán)境中校準設計，如圖19所示，并將校準系數(shù)存儲在存儲器中。可以進行單點或多點校準，從而通過多點線性化提高性能。通過這樣做，我們能夠證明模擬前端設計的性能可以滿足領先的高端流量計的性能。

圖 19.ADI完整解決方案。

與傳統(tǒng)架構相比，過采樣架構有一些關鍵優(yōu)勢。可顯著節(jié)省面積和成本，分別高達 50% 和 20%。由于能夠保存?zhèn)鞲衅餍盘柌ζ鋺煤筇幚恚虼诉€可以節(jié)省功耗并增強系統(tǒng)性能。有關ADI參考設計的更多信息，請聯(lián)系 cic@analog.com。

您是否測量了設計中的數(shù)據(jù)？
評價結果

參考設計是在室溫下用水連接到流量校準臺上的25 mm直徑電磁流量傳感器時進行測試的。當激勵頻率設置為6.25 Hz時，在0.5米/秒至2米/秒的范圍內實現(xiàn)了讀數(shù)的±0.2%的基本誤差。測試結果數(shù)據(jù)如表9所示。

表 9.帶DN25傳感器的數(shù)字過采樣演示板的校準結果

流速（兆秒）	讀數(shù)誤差 （%）	重復性（%）
2.05	–0.14%	0.00%
1.01	0.03%	0.03%
0.49	0.07%	0.04%
0.21	0.42%	0.08%
0.10	1.15%	0.01%
0.05	2.74%	0.06%

總結和結論

在世界范圍內，特別是在歐洲，越來越多的環(huán)境法規(guī)正在實施，以監(jiān)測和控制住宅和商業(yè)行業(yè)的廢物。電磁流技術是此應用的首選技術。傳統(tǒng)架構往往是一種模擬方法。這有一些缺點，例如成本、面積、功耗、響應時間和有限的系統(tǒng)信息。該行業(yè)的趨勢是采用過采樣方法。這給ADC的要求帶來了重大挑戰(zhàn)，因為更新速率將增加10×量級，但不能利用平均的優(yōu)勢，這在高更新速率下的噪聲要求方面突破了ADC的界限。還有一些電力挑戰(zhàn)需要解決。液體類型和管道直徑類型的廣泛范圍產生了對動態(tài)功率控制功能的需求，有效地具有一種設計，可以滿足所有傳感器類型的需求，同時將功耗降至最低。Blackfin DSP為流量計應用提供了低功耗和處理要求的正確組合。它執(zhí)行復雜的FIR濾波器算法來計算流速，同時以低于100 mW的功率提供一流的800 MMACS處理能力。完整的設計為以前的技術提供了一種大大簡化的方法，具有成本、功耗和面積節(jié)省的許多優(yōu)勢。

審核編輯：郭婷