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[参考译文] INA122:典型应用:计算共模电压范围

Guru**** 2382630 points
Other Parts Discussed in Thread: INA122
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1496160/ina122-typical-application-calculating-common-mode-voltage-range

主题中讨论的其他器件:INA122

工具/软件:

您好:

我正在在线性运行范围内验证我自己使用 INA122的设计。 为了了解如何正确执行该操作、我首先尝试按照数据表第7.2节"典型应用"来计算连接到 INA122的电阻式电桥压力传感器的最小和最大共模电压。 但我没有回答公式(2)、就计算出与数据表不同的最小共模电压限值。 请查看我的计算结果:

从数据表提供的信息可以看出 无压力 应用时、传感器内的4电阻轮桥完全平衡:Vdiff = 0。 即共模电压 Vcm 是电桥激励 VCM=VExt/2=2.5V 的一半。请注意、数据表指出:"假设仅施加正差分电压"。 在未施加压力的情况下、这个 VCM最小 VMM (min)= 2.5V

1安培 伴随压力 应用、将创建 Vdiff。 根据上面引用的规则、 当施加压力时、VCM 会增加。 当施加12 psi 的最大力时、传感器达到150mV 的最大输出电压 、另请参阅图7-5。 因此最大 Vdiff = 150mV。  共模电压定义为施加到两个输入端的平均电压。 所以 最大 VCM 为 VCM (max)= (VExt / 2 +(VExt / 2 + Vdiff)/ 2 =(2.5V + 2.5V + 0.150V)/ 2 = 2.575 mV

不过、数据表计算出不同的 VCM (min)= 2.425V、同时同意 VCM (max)= 2.575V。我不理解这一点。

我在这里遗漏了什么? 请提供建议。

谢谢
Dan

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    您好、Dan、

    感谢您发送编修。 我认为您认为共模应该发生单向漂移是正确的、但我相信数据表中存在错误。 我认为最大 Vcm 应为2.5V、最小 Vcm 应为2.425V。 这是因为随着 RAD 的膨胀和电阻的增加、RAD 上的压降会增加、从而降低 IN-上的电压。

    这是数据表中的错误、我将提交一个请求单、以便在下一次对数据表进行修订时对其进行更新。

    此致、
    Gerasimos

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    感谢 Gerasimos Madalvanos的即时答复。 这澄清了很多。 我很高兴知道、我对 VCM 计算的理解是正确的。 我现在可以将其应用于我自己的设计。

    在修改数据表时、您或许还可以修改图7-4。 图7-4展示了增益为5V/V 时输入共模电压范围与输出电压之间的关系 最大输入共模电压(灰色多边形的顶角)为 Vout = 2.5V 时、 请参阅下图中的红圈:

    应用示例应用20V/V 的增益  在此增益下、"模拟工程师计算器"显示了输入共模电压范围略微不同的"形式":

    因此、目前的图7-4与图6-4重复、具有误导性。 我建议图7-4表示应用示例中使用的增益的共模电压范围。 这还有一个额外的好处、告诉读者共模电压范围会随增益的变化而变化。

    此外、虽然应用示例使用输出电压 Vdiff 为0mV 至150mV 的传感器、但图7-5中的特性曲线未完整显示该范围、请参阅下面的:

    该图留出了5.0K 至5.1K 的范围、即输出电压为0V 至200mV。  请不要 在没有任何评论的情况下跳过它。 这是因为 INA122的(min)= 0.1 V、此范围会显示非线性吗? 如果数据表显示传感器的整个输出范围、包括讨论 INA  在线性工作范围边缘的行为、那么很好。 这正是典型应用中会发生的情况、也是工程师需要考虑的因素。  

    谢谢
    Dan

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    嗨、Dan、

    Vcm 与 Vout 图与应用配置不同、这是正确的。 从数学角度来看、INA122 Vcm 与 Vout 的关系图应该反映模拟工程师计算器中显示的内容(毕竟用数学方法定义了该计算器)。 但是、模拟工程师计算器中显示的数学定义与数据表中规定的性能区域之间存在差异。 INA122在输入端实施500mV 电平转换、这应该将输入共模范围扩展至接近接地。 这与模拟工程师计算器的 Vcm 与 Vout 图所示内容相冲突。 这种差异是我们选择使用不同增益配置而不是从模拟工程师计算器生成新图的原因。 我们目前正在开发一种工具、用于在工作台上生成此曲线、但该工具仍在开发中。

    我可以进行测试以确认此差异中的正确内容、但我需要几天时间进行测试。

    但是、无论哪一种正确、SPICE 模型都无法正确地对 Vcm 和 Vout 进行建模。 由于模型中缺少覆盖范围、因此省略了该操作区域、以不提供误导性数据。 同意在线性运行限值附近发生的情况应该有设计注意事项、但省略了 SPICE 行为、因为这可能不反映器件的行为。

    我已经向 TT 添加了数据表修订版注释、以便在数据表中更好地解释这一点。

    此外、我应该在一周左右的时间内获得支持这些索赔的基准数据。 因为明天我是 OOO、所以会稍微推迟、但将从星期一开始进行。

    此致、
    Gerasimos

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    嗨、Dan、

    我的一位同事收集了0V CM、0V 基准和增益为5时的增益非线性数据。 当其中一个放大器退出线性输出工作范围时、非线性会急剧增加、但输入电压差的低端会产生相当好的增益非线性。

    下面是在输出电压范围内绘制的增益非线性图。

    此致、
    Gerasimos

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    这是很棒的工作、 Gerasimos Madalvanos、干得好。 感谢您进行测量并提供图表。

    我不太确定测量了什么以及如何测量。 让我解释一下我的想法。 您提到过 VCM = 0V。对于单电源设置、这意味着 Vdiff = 0V (由于输入电压为正、如果两个正电压的平均值为0、则两者都必须为0)。 Vdiff = 0将导致0V 的恒定输出。因此、我假设您改为使用双电源设置、并通过相对于0V 对称移动 Vin+和 Vin-来增加 Vdiff。 这会将 VCM 保持为0V。如果正确、x 轴会显示 Vdiff。 然后从图中 可以推断出、当 Vdiff > 4.5V 时、增益非线性度会显著增加

    现在在我的设计中、我使用类似于数据表中"典型应用"的单电源设置、请参阅您引述的上述电路。 对于单电源配置、该图是怎样的? 这将是非常有帮助的、以便可以避免在单电源设置中受到相当大增益非线性影响的 Vdiff 区域。

    谢谢。
    Dan

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    嗨、Daniel、

    感谢我的同事 Ashley、我只是提供了一些指导并进行了一些后处理。

    这是设置,我的道歉,从上一篇文章中省略了这一点:

    • V+= 5V
    • V-= 0V
    • IN+从0mV 扫描到500mV
    • IN-从0扫描到-500mV
    • REF = GND

    测量输出、然后将其与理想增益5进行比较以跟踪增益的非线性。 遗憾的是、我们运行此曲线扫描的方法一次只能测量2个电压、因此必须进行估算 Vin+= Vin-*-1。

    输入反向移动会将 VCM 保持在0V。

    由于输出电压实际上不能为0、这是预期结果、因此低输入电压值存在一些非线性。

    此致、
    Gerasimos

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    感谢您提供测试设置的细节 Gerasimos Madalvanos、这消除了我的大部分不确定性。

    您指出负电源电压 V-= 0V、即 INA122由单电源供电。

    话虽如此、如果您以-500mV 为单位进行调整、难道不会超过 INA122的绝对最大额定值吗?

    谢谢。
    Dan

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    嗨、Dan、

    没错。 我确实详细介绍了一个快速测试、但没有考虑数据表的绝对最大值。 不过、最佳实践在这方面有所帮助、并且输入电流受到限制以保持绝对最大输入电流限制。 想一想、我不确定如何在不违反绝对最大值的情况下实现边界图 我无法想办法通过0V Vcm 和0V Vref 将输出一直保持在5V

    如果我们将非线性归因于 ESD 二极管的正向偏置、直到大约+/-440mV 时才会发生这种情况。 这种变化会因器件而异、但此扫描确实验证了此器件可在低 CM 电压下使用的概念验证。 不过、在此数据中、无法确定工作顶端的非线性是由于 ESD 二极管正向偏置还是放大器超出了相对于电源轨的输出摆幅而导致的。

    此扫描的目标是查看器件在 VCM 下限的性能、并表明模拟工程师的计算器对于该器件并不是很正确。

    此致、
    Gerasimos

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      感谢您发送编修。我们会重新检视您的建议。

    感谢您介绍您的方法。 我知道您想在 INA122运行限值的边缘(即 VCM=0)测试其限值。 特别是由于 TI 的 VCM = 0时运行信息不一致:模拟工程师计算器提供了 Vout (Max)= 0、1V、而数据表中的边界图显示在单电源设置中 Vout 在 VCM = 0时几乎为全摆幅。

    如果更新了模拟工程师的计算器以反映这一点、以及  INA122的 SPICE 模型正确地对 Vcm 和 Vout 建模、那会很好。  

    谢谢。
    Dan

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    嗨、Daniel、

    没问题! 这是一个有趣的设备,有一些奇怪的操作指定。 很高兴四处走走、建立理解力!

    同意应该对此进行纠正、模拟工程师计算器的工作中有一些令人兴奋的内容、因此我不相信它会从当前状态更新、但我会注意到这种对未来开发的不一致性、并确保其得到修正。

    现在、对于正确建模 VCM 与 VOUT 的 SPICE 模型、我也想解决这个问题。

    感谢您致力于了解我们的器件、并致力于正确的设计。

    此致、
    Gerasimos