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[参考译文] INA333：CJMCU-333 MCU 和接地阻抗

admin
Guru**** 2343770 points
Other Parts Discussed in Thread: TINA-TI, INA333, ADS1299, INA350, OPA350
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/1506407/ina333-cjmcu-333-mcu-and-impedance-to-ground

器件型号：INA333
Thread 中讨论的其他器件： ADS1299、 INA350、TINA-TI、 OPA350

工具/软件：

您好、

我真的是一个软件开发人员,不擅长电子学,所以请忍受我。

我被建议将 INA333用作读取 EEG 的前置放大器、并购买了 以下 模块来与之配合使用、之后便可使用更复杂的/定制电路板设计

目前我似乎没有得到我所希望的那种噪音；我认为电路板的布局对我来说是有意义的、但我特别从数据表中注意到：

>8.2典型应用

> INA333器件的输出参考输出基准(REF)引脚、该引脚通常接地。 该连接必须具有低阻抗、以确保良好的共模抑制。 Ωs 在保持规定的 CMRR 的同时可以容忍15 Ω 或更小的杂散电阻、但与 REF 引脚串联的几十 的小杂散电阻可能会导致 CMRR 明显下降。

现在、我仅考虑单通道、因此输入是两个电极之间的真差分对、一个作为基准。

电路板提供单电源电压、因此我了解使用 R4和 R5将基准输出固定在+3.3V 和接地端之间的原因、因此在这里使用低值电阻器会从正轨汲取大量电流。 不过、鉴于数据表明确提到为基准引脚提供低阻抗接地路径的重要性、我想知道、这是否是电路板设计人员的一个错误？ 或者、在该配置中、为什么需要这样做、并且具有像10kΩ 一样高的电压是有效的吗？

我已经尝试在基准和接地之间放置一个小电阻器、但噪声水平没有明显改善、尽管这可能是其他地方的问题、尤其是在进行原型设计时、整个过程中的噪声会有些高。

有人会对这个板的设计有什么意见吗？

非常感谢

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    该模块是垃圾模块；移除 R4和 R5。 您可以使用电阻分压器生成基准电压、但随后应该使用运算放大器对其进行缓冲。

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    感谢您尽快回复我、

    如果我只需拆焊电阻器、我是否仍能在输出端看到有效电压？ 或者如您所说、我是否需要缓冲和接地路径？ 目前、我只是将 Vref 和 Vout 对馈送到我的 ADC (基于 AD7771、但我还有一个使用 ADS1299的 OpenBCI Cyton)作为双极输入。 不过、我应该能够将其配置为单端输入；由于模块目前仍然存在、这似乎没有任何效果、但我可以尝试将其移除。

    你还会考虑垃圾吗?

    谢谢

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    嗨、Ben、

    下面是一个更非紧凑的答案来添加 Clemens 提供的内容。 我从基本原理开始、因为您已经表示不熟悉硬件。 如果我已经在您的权限范围内解释过一些内容、请告诉我。

    以下是有关如何使用低阻抗源驱动基准引脚的原理图示例(来自 INA350数据表)：

    在内部、基准引脚连接到采用差分放大器配置的运算放大器。

    本质上、您可以将其视为两个电阻分压器、一个电阻分压器馈入运算放大器的同相输入端(1：A2到 REF 的输出端之间的电阻器)和一个运算放大器(A3)控制的电阻器(2：A1到 VOUT 的输出端之间的电阻器)。 运算放大器将尝试强制输出电压、以将反相输入设置为等于同相输入。 当所有这些电阻器彼此相等时、从 A2到 Vout 的增益以及从 A1到 Vout 的增益幅度相等、但符号相反、因此 A3处的输出为 VoutA2 - VoutA1 (这是差异的来源)。 在基准节点上增加阻抗将不平衡 A2输出端的电阻分压器、现在不再为 A1和 A2输出提供相等的缩放比例。

    这将给您带来意外的输出增益/缩放(通常称为增益误差)、但不一定表现为"噪声"过高。

    INA333配置的增益并不明确。 我无法找到 R2值的相关信息。 但需要注意的是、数据表中指定的噪声是以输入为基准的噪声。 这意味着无论您具有什么增益、都会将输入噪声相乘并出现在输出端。

    在非常高的增益下、您可能会在输出端看到高于"预期"的噪声、因为此以输入为基准的噪声值会被放大并显示为输出噪声。

    此外、对于阻抗极高的传感器、还会产生另一种效应。 INA333称为斩波放大器。 该放大器在输入端使用高频开关、以大幅降低由于输入晶体管差分对不匹配而导致的器件直流偏移。 下面简要概述了斩波器操作以及如何优化斩波电路的性能。 https://www.ti.com/lit/wp/sboa586/sboa586.pdf。在较短的形式说明中、这些开关在导通和关断时具有较小的输入电流尖峰。 当这些小电流尖峰找到高阻抗输入时、它们会产生相对于输入信号振幅较大的电压。 然后、这些输入尖峰由 INA333放大并在输出端看到。

    如果上述任何一种声音可能会导致您所看到的噪音、或者您有任何其他问题、请告诉我！

    此致、
    Gerasimos

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    非常感谢,详细和缓慢的解释是非常感谢!


    锅上的好点-我假设它会在整个扫描过程中达到大约1k 的增益、但情况可能并非如此。

    我想我要遵循第一段-所以333的数据表说不在基准引脚之后感应杂散电阻器的原因是它的运行中集成的是内部的精密匹配电阻器、因此如果我在上面涂抹任何旧元件、就会损坏这些元件。 如果我将其馈入我的 ADC 或运算放大器、输入阻抗应该非常高、理想情况下、是一个电压表、它对内部系统没有影响、并且与开路无法区分、因此阻抗不会以相同的方式影响它(？)


    如果我理解正确、以输入为基准的噪声在概念上是将电路内的噪声视为是添加到输入端的额外源、就好像电路完全无噪声一样。 因此、您的意思是、噪声的指定方式(例如在特定增益下)与输入源相关、因为增大增益自然意味着此噪声在输出端变大(信号也会变大)、这是一种更方便的表示方式？

    到目前为止、我还没有进行数值测量、只是进行目视检查。 之所以推荐333、是因为它的 CMRR 比7771高~30dB、尤其是在低频(在 EEG 中、我们几乎只关心的是低于30Hz)下、而这偏离了7771数据表上的图表。 虽然我不确定是否有办法知道在没有333的情况下、我看到的很大一部分噪音是否在两个导线上都很常见。 其中一些可能也会是我的身体。

    我有一个信号发生器在这里(不是远程一个良好的模型的真实电极固定到一个主题,但这是很难复制,不使用明胶,因此有限的货架期),插入到我的 ADC ,然后也插入模块上的输入引脚. 然后、我只需获取 Vout 和 Vref 并将其馈送到 ADC 上的第二个通道。 从左侧的量程可以看出、它放大了信号、但载波信号上的高频噪声比仅信号发生器=> ADC 场景要差。


    因此、我可以尝试从模块上拆焊 R4和 R5、看看会发生什么情况。

    来自350数据表：

    >通常在双电源运行中、REF 引脚连接到低阻抗系统接地端。 在单电源运行中、将输出信号偏移到精确的1/2Vs 电平(例如、5.5V 电源环境中的2.75V)很有用。 为实现这一电平转换、必须将一个电压源连接到 REF 引脚以对输出执行电平转换、从而使 INA350能够驱动单电源 ADC。

    所以、由于电流模块通过 LDO 提供单电源(我认为我实际上并不需要、因为我应该从 ADC 获得非常稳定的电池电源)、所以是否需要连接到一个额外的运算放大器来缓冲基准这是唯一的方法？ 或者、如果没有 R4和 R5的 Vout 和 Vref 会形成有效的双输入或单输入来使 ADC 开启吗？ 当提到杂散阻抗的~Ω 15Ω 时、这是否仅适用于处于双电源模式(因此我可以看到将其短接至地如何有意义)、或者在这两种情况下？

    到目前为止、我一直使用 ADC 提供的电源(为方便起见)；我需要检查它是在内部使用单电源还是双电源、但可能我可以关闭双电源。

    再次感谢

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    TI__Guru**** 2343770 points
    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。
    Unknown 说：
    如果我将其馈入 ADC 或运算放大器、则输入阻抗应该非常高、完美地说、它是一个电压表、它对内部系统没有影响、并且与开路无法区分、因此阻抗不会以相同的方式影响它(？)

    几乎、这就是理解离开电源轨的地方。 理想情况下、基准电压将从低阻抗源(如运算放大器的输出或电压基准)施加

    Unknown 说：
    如果我理解正确、在概念上、以输入为基准的噪声将电路内的噪声视为添加到输入端的额外源、就好像电路完全无噪声一样。 因此、您的意思是、噪声的指定方式(例如在特定增益下)与输入源相关、因为增大增益自然意味着此噪声在输出端变大(信号也会变大)、这是一种更方便的表示方式？

    完全正确、它提供了集总模型、以便于分析。

    Ah、这是一个100k Pot、当 POT 完全旋转时、使用一个外部电阻器将最小电阻设置为100 Ω。 通常、这些元件应布置在非常靠近 INA333 RG 节点的位置、因为极小的寄生电容会导致稳定性问题。 在直流模式下、您可以通过示波器检查仪表放大器的输出、并检查振荡。

    为了消除布局相关问题的一些模糊性、TI 提供了一些可帮助进行原型设计的评估模块。 这是一款可与 INA333配合使用的器件。

    https://www.ti.com/tool/INAEVM

    我对您的测量值有点好奇、因为显示的是负值。 那么负值是否低于 ADC Vref？ 此外、您使用什么 ADC 来实现这一点？

    此致、
    Gerasimos

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    TI__Guru**** 2343770 points
    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。

    几乎、这就是理解离开电源轨的地方。 理想情况下、基准电压将从低阻抗源(如运算放大器的输出或电压基准)施加

    好的,因为我键入这个我只是意识到,你的图表中的三角形是指向另一个方向(我说我不是很好在这一切!!). 我正看着从左到右的双腿,我的脑海里就像333的双脚一样,很抱歉。  

    所以、简单来说(我会忽略电容器、假设它用于平滑处理)-两个100k 电阻器只是一个生成2.5V 基准的分压器。 这会进入图中9041的同相输入、它会尝试将输出驱动至相同的电压、因此整个右下角只是充当电压源、从概念上讲、它将"进入"333以将基准电压设置为中点、如果您会忽略"松散的术语"。

    如果我有正确的,这是有意义的;我理解电子产品,你不总是得到干净的概念的输入和输出相同的其他领域,因为它是一个网络和电流可以流过整个地方(我需要开始旋转页面90度或读左右左,然后我可能理解的东西似乎超出我的知识在一开始!) 但原始电路板的布局方式使我想到将 Vref 视为输出。 但这在我看来是合理的、因为您想把它固定在一个给定的位置并保留在那里、所以我们需要运算放大器的输出。

    无论锅似乎是相当大,不幸的是,它看起来像线性的,因为我得到很小的放大随着时间,然后我把它全摆,输出被剪切。 由于在转动它时会产生额外的噪声、尤其是在试验电路板时、并且如果增加输入电压以便更容易看到、输出会饱和、这一点很难判断出来。 它似乎其他一些板上有更昂贵的饰件,确实打我,这一个看起来相当便宜和基本. 但它主要用于原型设计:)。

    我可以去寻找振荡;我遇到的一个问题是,我接触到的唯一一个示波器不够敏感到微伏,所以我只是看到了一个像素化的地毯的噪音,而且范围/探头本身也造成了很大一部分。 为此,我使用7771来调试范围,而不是另一个回合。 但这是一个在恒定输入下很好的测试、我也应该在 ADC 上尝试。

    正确-我只是将 Vout 和 Vref 作为差分对插入 ADC、因此绿色的顶部是 VIN+和 VIN-、理论上应该以0为中心、但我知道我对一些接线做了哈希、所以不介意、333的黄色输出会翻转、就像我以另一种方式插入跳线一样。 由于绘图中心和缩放本身,尽管我拥有的任何设置,它通常可以从迹线的"厚度"相对地看到 SNR 有多好或坏。 如果您有兴趣、可以选择这里的电路板。

    我将查看评估板、还将尝试在葡萄酒下运行提供的 TINA 版本、因此希望我可以对芯片本身进行粗略仿真。

    再次感谢

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    嗨、Ben、

    Unknown 说：
    因此、用非常简单的术语(我将忽略该电容器、假设它用于平滑处理)-两个100k 电阻器只是一个生成2.5V 基准的分压器。 这会进入图中9041的同相输入、它会尝试将输出驱动至相同的电压、因此整个右下角只是充当电压源、从概念上讲、它"进入" 333以将基准电压设置为中点、如果您会忽略"松散的术语"。

    这是正确的！

    是的、在电路中有一种"相对论"、在这里、您既可以将 VREF 视为输入(INA333的输入)、也可以将 VREF 视为相对于生成它的运算放大器的输出。

    对示波器可能有帮助的一点是限制带宽。 由于这是低频测量、您不需要一直连接到500MHz (例如、是任意选择的带宽)的带宽、可以将带宽限制设置为低于此值。 这将防止示波器对超出目标频率的噪声进行积分。

    我没有尝试在除 windows 之外的任何其他地方使用 TINA-TI、因此我希望葡萄酒能为您效劳！ 如果是这样、记录您克服的任何问题、这将是非常棒的、因为我们可以利用它来帮助他人在未来！

    此致、
    Gerasimos

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    谢谢、我会在示波器上试一下。 他们不是我的,实际上我发现旧的模拟器更容易使用(和更漂亮的)! 但这是很有道理的尝试。

    到目前为止、葡萄酒看起来还不错。 我实际上还没有尝试运行仿真、但 GUI 启动了、而是能够导出 SPICE 宏、然后将其导入到本地运行的 QUCS-s 中、而且还没有真正运行、因为到目前为止、我还没有使用试验电路板。 如果出现问题、很乐意记录下来。

    我设法在一些零件抽屉中找到了一个 OPA350、所以现在我用它来驱动它。 我想看看我是否能找到一个可以使用的 TO-92或类似的穿孔基准、因为当我开始进行更永久性的设置时、我需要让它非常靠近我的头、并且在这样的封装中、我想我可以合理地进行焊接。 您是否会有任何建议？

    再次感谢、

    Ben

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    嗨、Ben、

    https://www.ti.com/power-management/voltage-reference/products.html#2954=SOIC&

    这是 SOIC 封装提供的电压基准的参数表结果、请随时查找其他封装、但我发现 SOIC 在易于手工焊接和足够小的尺寸之间达到了很好的平衡。 建议满足您的需求取决于输入/输出电压要求。

    有一个基准可以使3.3V 电压轨提供1.65V 基准： https://www.ti.com/product/REF2033

    然而、它仅采用5引脚 SOT-23-THN 封装、这可能难以手动焊接。

    我找不到任何其他提供1.65V 输出的电压基准、因此您可能必须进行相应调整。

    此致、
    Gerasimos

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    再次感谢。 我在焊接方面非常糟糕、因此我正在寻找相对难以弄坏的东西、希望可以添加而无需拆散 PCB (在此阶段)。 我会看看那个页面,但我认为一个小的软件包可能超出我的范围。 现在、我查看了数据、发现几条引线之间存在差异、因此我不确定我看到使用运算放大器与电阻分压器的噪声水平有任何改善。 今天、我将尝试添加偏置电流的返回路径、看看这样是否有帮助。 数据表提到了没有饱和的可能性(鉴于输入信号非常小、根据经验、当我对电极进行交流耦合时、 我没有发现这种情况的证据)、但从有关偏置电流的精密仪器视频中、我将学习输入阻抗相对较高(我想说是3-20k)的情况、它可能会产生差分电压、因此将查看这是否有任何影响。

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    此模块的另一个快速问题是、对于输入引脚上的两个电容器接地是否有充分的理由(即一般良好做法-了解可能还有其他应用特定的原因、但我不知道电路板设计人员使用什么参数)？

    我已经通读了文档、并了解了如何正确管理偏置电流等。现在已经在 TINA 中尝试了几种不同的排列、以尝试确保我可以重现不同的场景并验证我是否理解正确。 在我面前,我只能用手摸着她的乳房,就像在我面前用手摸着她的乳房一样。 但是,如果我简单地把它们去掉,那么仿真中的50Hz 抑制似乎更好。 起初、我认为它们可以像电源引脚上一样用作旁路电容器、但现在我再次查看数据表以及我看到的一些不同电路模型、我认为我没有在输入端看到电容器、除非根据所需的输入信号有特定的滤波原因。

    在我的例子中、在我加热熨斗并尝试移除熨斗之前、他们似乎对我感兴趣的频率范围没有帮助、我是否有理由将它们保留在输入引脚周围？

    谢谢

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    您好 Ben、  

    您可以在输入引脚上添加电容器以进行输入滤波、从而降低 EMI 或噪声。 我们 在 模拟工程师口袋参考书中提供了建议的如何设计和调整这些电容器 的大小、也在模拟工程师计算器中提供了一个工具。  

    模拟工程师计算器：  

    如果您有任何问题、敬请告知。
    谢谢！

    此致、
    Ashley

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    嗨、Ben、

    这里有一些额外的背景、这些连接到输入端的电容器提供共模(两个输入端的信号相同)和差分(每个输入端的信号不同)滤波。

    这有助于从外部对共模和差分信号进行滤波。 但是、这种实现方式是不正确的、每个输入之间应有一个电容至少比 IN+或 IN-上的电容大10倍。 输入端之间的这种电容器可防止任何电容器失配在仪表放大器输入端生成差分信号、从而增加误差。

    此致、
    Gerasimos

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    TI__Guru**** 2343770 points
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    好的、正如预期的那样、设计不当的现成滤波-感谢你们两人。 TINA 仿真表明在一个电路板上没有移除它们更好、实际上没有看到任何改进、因此仍尝试计算因变量。 想看看我能否拿到一些更好的测试设备。 和/或只是敲一个香草板与所有根据这里的评论/数据表完成,看看是否有更好.



    (对不起的延迟也,似乎我的答复没有发送,当我第一次写它:))