真有效值簡介

　　真有效值即為“真正有效值”之意，英文縮寫為“TRMS”，有的文獻也稱為真均方根值。

　　我們先回憶一下交流電壓的有效值的表達式，它的定義如下：

　　我們對式（1）進行變換，兩邊平方，并令；就得到真有效值電壓的另一種表達式：

　　從（3）式即得，對輸入電壓依次進行“取絕對值→平方/除法→取平均值”運算，也能得到交流電壓的有效值，而且這公式更有使用價值。舉例說明：假如要測量一電壓變化范圍是0.1V-10V，平方后u=10mV—100V，這就要求平方器具有相當大的動態范圍（10000：1），這樣的平方電路誤差就可能超過1mV，要平方器能輸出100V的電壓，技術上是難以實現的。如果使用式（3）的既便于設計電路，也能保證了準確度。因此，目前大多數的集成單片真有效值/直流轉換器均采用式（3）的原理而設計。

　　真有效值儀表的的核心器件是TRMS/DC轉換器。現在市場上這類單片的集成芯片很多，真有效值儀表普遍使用了這類集成電路。單片集成電路具有集成度高、功能完善，外圍元件少，電路連接簡單、電性能指標容易保證等諸多優點，這類芯片能準確、實時測量各種電壓波形的有效值，無須考慮波形參數和失真，這些性能是平均值儀表無法比擬的。

　　真有效值ac-dc芯片_LTC1966

　　LTC1966工作原理

　　LTC1966是美國凌特公司（LT）于2002年最新推出的真有效值RMS/DC轉換器，與其他RMS/DC產品相比較，它在完成乘法／除法運算時，未采用通常的對數-反對數的計算方法，而是采用了全新的D-S計算技術。LTC1966具有簡單電路接法（只有一個外接平均CAVE）、靈活的輸入／輸出結構（差分或單端）、靈活的供電方式（2.7V~5.5V單電源，最大范圍為±5.5V雙電源）、高準確度（50Hz~1kHz的誤差只有0.25%）、良好的線性（小于0.02%）、很寬的動態電流范圍、易于校準等特性。

　　LTC1966采用MSOP-8封裝，管腳排列及內部框圖如圖1所示，各引腳功能如下： GND—地;

　　UIN1、UIN2—差分輸入端1和2;

　　USS—負電源端，對地接-5.5V電源或直接接地;

　　UOUT—電壓輸出端。RMS平均值是通過此引腳與COM引腳之間的平均值電容CAVE來實現轉換。

　　COM—輸出電壓返回端。輸出電壓的產生和該引腳的電壓有關。一般COM端接地，在AC+DC輸入情況下，UOUT與COM引腳之間不平衡，該引腳應對地接一小電阻; UDD—正電源端。電壓范圍為2.7V~5.5V; EN—使能控制端，低電平有效。

　　LTC1966內部主要包括4部分電路：D-S調制器、極性轉換開關、低通濾波器（LPF）和關斷控制電路。另外還包括基準電壓源、電流源、二極管保護電路等。其中D-S調制器由二階積分器與求和電路構成，用來完成除法運算（相當于除法器），它產生的一位輸出信號的平均占空比與輸入信號（UIN）和反饋信號（即輸出信號UOUT）的比值成正比關系。

　　控制極性轉換開關起乘法器的作用，它對輸入信號UIN和D-S調制器的一位輸出信號進行乘法運算，進而獲得（UIN）2/UOUT，并依此作為芯片的輸出電壓UOUT，從而完成RMS-DC的轉換。低通濾波器由內部電阻r和外界的平均值電容CAVE所構成，實現RMS的取平均值功能。電容CAVE可以根據輸入信號的頻率范圍來選擇，注意：為了保證轉換的穩定性和較小的偏移誤差，平均值電容應選擇薄膜電容，比如聚酯電容，其典型值為1mF。使能控制為高電平時，關斷控制電路有效，LTC1966工作在低功耗的關斷狀態。

　　LTC1966的典型應用電路如圖2所示

　　圖a采用的是差分輸入方式，UIN為交流信號（其峰-峰值≤1V），+5V單電源供電，CC為隔直電容，其大小與輸入信號頻率有關;圖b采用了能關斷的單端輸入方式，+2.7V單電源供電，使能端可直接接CMOS電路輸出。

? ? ? ?4、基于LTC1966的多量程真有效值數字電壓表。

　　圖3是由LTC1966構成的5量程3 1/2 位真有效值數字電壓表的電路。

　　5個ACV擋依次為200mV、2V、20 V、200 V和700V。該儀表使用LTC1966、ICL7136各一片，后者屬于微功耗單片3 1/2 位A/D轉換器。C 1是輸入端耦合隔直電容，起隔直作用。高阻抗分壓器由精密電阻R1~R5構成，總阻值為10MΩ。S1為量程開關，輸入電壓UIN首先被衰減成200mV以下，再經限流電阻R6接至LTC1966的第2腳。VD1、VD2為雙向限幅保護二極管。儀表采用9V疊層電池供電，C4為電源濾波電容。C3是平均電容。LTC1966的輸出電壓直接加至ICL 7136的模擬輸入端。ICI7136采用外基準，由ICL8069提供的1.2V基準電壓源．通過R8、RP分壓后得到基準電壓UREF＝100.0 mV，基本量程為200mV。S2為測量／備用模式選擇開關，常態下S2應閉合斷開。斷開S2時LTC1966呈備用狀態，可降低功耗。

　　5、基于LTC1966的交流單相220V過欠壓檢測電路

　　真有效值ac-dc芯片_AD8436

　　AD8436是新一代精密跨導線性、低功耗、真RMS-TO-DC轉換器，可以載入多種選項。它可以精確計算RMS值交流波形的直流等效值，包括由開關模式電源供電和三端雙向可控硅控制的復雜模式。其精度可滿足寬闊的輸入電平和溫度范圍。憑借最新的ADI公司技術，可確保≤±0.25%的精度以及≤10 μV的輸出失調。CF ≤ 10時的波峰因數誤差《0.5%。AD8436可即時計算真有效值，成本低于復雜費解的峰值法、均值法或數字解決方案。

　　它不需要編程或處理成本，4 mm × 4 mm的封裝適合空間緊湊的應用。片上緩沖放大器能夠提供最寬的選擇范圍，適合所有的RMS-TO-DC轉換器，而不受成本影響。成本最低的應用只需一個外部求平均值電容。內置的高阻抗FET緩沖提供了一個接口，可用于外部衰減器、頻率補償或驅動低阻抗負載。

　　它擁有一對匹配的內部電阻，可輕松實現增益為2或更高增益配置，可用輸入范圍還能夠擴展至更低。AD8436具有低功耗精密輸入緩沖，非常適合便攜式萬用表和其他電池供電應用。由于消除了偏置電流，精密直流輸出緩沖可提供極低的失調電壓。AD8436不同于數字解決方案，它在高低幅度時性能均不會受開關電路的限制。

　　它能夠響應《100 μV和》3 V的情況，擴展了動態范圍，無需外部調整，并且可以適應最嚴苛的信號條件。AD8436采用單電源或雙電源供電，電壓范圍為±2.4 V （4.8 V） 至±18 V （36 V）。它分為A級和B級，采用緊湊的20引腳4 mm × 4 mm芯片級封裝。工作溫度范圍為-40℃至125℃。

　　技術特性

　　即時計算真有效值精度：±10 μV ± 0.25%的讀數

　　寬動態輸入范圍100 μV rms至3 V rms （8.5 V p-p） 滿量程輸入范圍 采用外部調整時輸入值更大

　　寬帶寬：?3 dB （300 mV） 帶寬為1 MHz; 1%附加誤差帶寬為65 kHz

　　零轉換器直流輸出失調

　　無殘留開關產物

　　額定300 mV rms輸入

　　精確轉換，波峰因數高達10

　　低功耗：±2.4 V時典型值為300 μA

　　任意輸入電平時均能迅速建立

　　真有效值ac-dc芯片_AD637

　　AD637可計算任何復雜波形的真均方根值。它提供集成電路均方根直流轉換器前所未有的性能，精度、帶寬和動態范圍與分立和模塊式設計相當。AD637提供波峰因數補償方案，允許以最高為10的波峰因數測量信號，額外誤差小于1%。寬帶寬允許測量200 mV均方根、頻率最高達600 kHz的輸入信號以及1 V均方根以上、頻率最高達8 MHz的輸入信號。

　　與ADI公司以前的單芯片均方根轉換器一樣，AD637也為用戶提供輔助dB輸出。均方根輸出信號的對數通過一個單獨引腳輸出，支持直接dB測量，可用范圍為60 dB。用戶利用外部編程的基準電流，可以選擇0 dB基準電壓與0.1 V至2.0 V均方根范圍內的任何電平相對應。

　　不使用均方根功能時，用戶借助AD637的片選連接可以將電源電流從2.2 mA降至350 μA。對于低功耗至關 重要的遠程或手持式應用，利用此特性可以方便地實現精密均方根測量。此外，當AD637關斷時，輸出進入高阻態。這一特性還允許將多個AD637連在一起，構成一個寬帶真均方根多路復用器。

　　AD637的輸入電路受到保護，可以承受高于電源電平的過載電壓。如果電源電壓喪失，輸入信號不會損壞輸入端。

　　AD637在商用溫度范圍（0°C至70°C）內提供J和K兩種精度等級，在工業溫度范圍（-40°C至+85°C）內提供A和B兩種精度等級，在-55°C至+125°C溫度范圍內提供S精度等級。所有等級均提供14引腳SBDIP、14引腳CERDIP和16引腳SOIC_W密封封裝。AD637可計算任何復雜交流（或交流加直流）輸入波形的真均方根值、均方值或絕對值，并提供等效直流輸出電壓。波形的真均方根值與信號功率直接相關，因此比平均整流信號更有用。統計信號的均方根值也與信號的標準差相關。

　　AD637經過激光晶圓調整，無需外部調整便可實現額定性能。唯一需要的外部元件是一個電容，用來設置均值時間。此電容的值同時決定低頻精度、紋波電平和建立時間。

　　片內緩沖放大器既可以用作輸入緩沖，也可以用于有源濾波器配置。該濾波器可以用來降低交流紋波量，從而提高精度。

　　AD637特性

　　高精度

　　0.02%最大非線性，0 V至2 V均方根輸入

　　波峰因數為3時，附加誤差0.10%

　　計算

　　真均方根值

　　平方值

　　均方值

　　絕對值

　　dB輸出（60 dB范圍）

　　寬帶寬

　　8 MHz（2 V均方根輸入）

　　600 kHz （100 mV均方根輸入）

　　片選/省電特性允許

　　模擬三態工作方式

　　靜態電流從2.2 mA降至350 μA

　　14引腳SBDIP、14引腳低成本CERDIP和16引腳SOIC_W封裝