电能计量中,电压和电流的相位差直接决定功率因数和电能计算精度。电流互感器(CT)或罗氏线圈会引入相位延迟,ADC 内部可以通过 相位校准 和 全局斩波 来补偿和降低温漂。
⏱️ 通道间相位延迟校准
ADS131M02 每个通道都可以独立设置相位延迟,分辨率为 244ns(8.192MHz 时钟)。通过 CHn_CFG 寄存器的 PHASEn[9:0] 位,可以让一个通道「等一等」另一个通道,从而对齐采样时刻。
图 8-9/8-10/8-11. 通道相位校准示例
例如:电压通道相位设为 0,电流通道设为正延迟,就能补偿 CT 造成的超前或滞后。
🔧 校准框图
除了相位,芯片还能做偏移校准和增益校准。校准流程是:
- 零输入 → 测出偏移 → 写入 CHn_OCAL 寄存器;
- 已知满量程输入 → 测出增益误差 → 写入 CHn_GCAL 寄存器;
- 正常工作时,芯片自动减去偏移、乘以增益系数。
🌡️ 全局斩波模式(Global-Chop)
全局斩波是降低温漂和 1/f 噪声的利器。原理:周期性地交换差分输入正负极,把运放/调制器的偏移误差调制到高频,再用数字滤波滤除。
图 8-15. 全局斩波模式实现
图 8-16. 全局斩波转换时序
启用全局斩波后:
- 噪声降低约 √2 倍;
- 温漂大幅改善;
- 代价:建立时间变长,有效数据率降低;
- 相位校准自动禁用,因为输入被不断交换。
选择建议
对计量精度要求极高的静态测量开全局斩波;对实时性要求高、动态变化快的测量用普通连续转换。
相位校准的分辨率是多少?
244ns(fCLKIN=8.192MHz 时)。通过 PHASEn[9:0] 设置,共 10 位。
全局斩波模式的代价是什么?
转换周期变长,数据率降低,相位校准自动禁用。换来的是更低的温漂和噪声。
偏移校准和增益校准分别解决什么问题?
偏移校准解决零输入时的输出偏差;增益校准解决满量程输入时的比例误差。两者写入寄存器后芯片自动应用。