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[参考译文] LMP8358：如何在增益=100或200的情况下减少稳定时间

admin
Guru**** 1681120 points
Other Parts Discussed in Thread: LMP8358, MSP430G2553, TLV2780
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/618929/lmp8358-how-can-i-reduce-the-settling-time-with-gains-100-or-200

部件号：LMP8358
主题中讨论的其他部件： MSP430G2553， MSP-EXP430G2， TLV2780

您好，

我尝试在串行模式下使用LMP8358测量应变仪。 在我的应用中，尽可能降低功耗非常重要。  

因此，我在大多数情况下都会关闭LMP8358和应变计，并定期启用它们(每20毫秒，每50个样本/秒)以测量应变计值。

当我要测量应变仪时，首先启用LMP8358，等待大约100 us (根据数据表， 典型所需时间为85 us)，然后激活应变仪并等待输出沉降

然后阅读。 应变仪消耗大量电流，因此，减少IA沉降时间以尽量减少激发时间并因此降低功耗至关重要。

根据数据表，增益=1000和comp[2:0]=011b TS=4 us，这很好。 不幸的是，增益=1000对于我的应用来说太多，并且显著降低了应变仪动态范围。

我想使用增益=100或增益=200的IA。 我用这两个增益尝试了不同的补偿值，但稳定时间远远高于4 us。我尝试了这些设置：增益=100，comp[2:0]=1.01万

(数据表中此增益的建议comps)，增益=200，comp[2：0]=0.100111亿。 在所有情况下，沉降大约是15至20我们(4我们的沉降要高得多)。

我是否错过了一些东西或芯片在较低增益中的响应较慢？

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    Amir您好！

     

    我正在调查此问题，并询问有关此部分的更多信息。

     

    激发应变计时，输入信号的大小是多少？ 您使用LMP8358行驶的负载是多少？ 您如何准确地测量沉降时间？

     

    4US稳定时间(ts)规范在2V步长(SO 2mV输入以1000x增益获得2V输出)和10 pF电容负载条件下。 从技术上讲，对各种增益的沉降时间的任何比较都应在数据表中列出的相同条件下进行测试。

     

    如果您的输入被暂时分开几百毫伏，则可能会发生在您的输出处回转，这将增加稳定时间(相对于4US的规格是如何得出的)。 请注意，输入2mV信号以获得2伏增益输出时，不会发生回转。

     

    数据表和规格表中未列出1000以外的增益的稳定时间，因此TI无法说明这些时间应该是什么。 一般来说，我会怀疑，如果增益较低(因此带宽较高)，系统的安装时间会减少；不过，我需要更多的信息，以便进一步分析。

     

    如果  您想共享该零件所需的几个关键特征，我们也可以尝试搜索具有更快解决时间的零件。  

     

    最佳，

    Peter Iliya

    精密放大器应用

    亚利桑那州图森

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    您好，Peter，

    感谢您的回复。  

    增益=100的输入信号幅值约为27 MV。 (输出振幅约为2.7 v)。  

    输入应变仪具有平衡的全桥配置 ，每个LMP8358输入电压非常接近Vdd/2 (相对于接地)。 VDD= 3.56 v.

    电桥电阻为350欧姆。

    我将LMP8358与MSP-exp430g2午餐板(微控制器P/N msp430g2553)配合使用。 LMP8358的输出连接到Micro的PIN2 (WFP 1.0)

    我配置为ADC10输入(通道A0)以读取应变计的值。 根据 MSP430x2xx系列用户指南第538页，的输入级

    ADC10等于27 pF电容器串联，最大电阻为2千欧(MUX接通电阻)。  

    电源由启动板提供，测量值为Vdd=Vdd 3.56 电压。 我直接在LMP8358的GND和Vdd引脚之间使用100 NF去耦电容器。

    电容器的位置尽可能靠近引脚。

    我刚刚将放大器对应变计信号的响应与应变计激发脉冲结合在一起。 CH 1是放大器响应(500 mV/div)，CH 2是

    激发脉冲(5 v/div)。 放大器增益=100 .Comp[2：0]=010B。 MUX[1:0]=00B。 CUR[2:0]=000b。 POL=FIL=PIN=0b。

    如果您能帮助我找到一个更快的IA，我将不胜感激。 正如我所提到的，低功耗对我的应用至关重要。因此，我需要一个具有的IA

    关闭功能。 由于我每隔20毫秒监测一次应变计，因此IA能够非常快速地唤醒并具有快速的步进响应非常重要

    激发信号以尽可能缩短激发时间。我的应用首选增益为50至200。

    谢谢！  

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    埃米尔

    我明白了。 在ADC采样和读取数据时是否采用了此示波器波形？ 您的ADC采样率是多少？ 另外， 您如何驱动设备的参考引脚？
     
    我有一些其他收益的结算时间数据，看起来应该在4US内结算，但我只是想确保测试方案匹配。

    Peter Iliya

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    Peter，
    是的，当放大器输出连接到ADC输入时，会获取此波形。

    采样时间为16*ADC10CLK=16*ADC10CLK=1 62.5 us。 (ADC10CLK频率为16 MHz)。 根据MSP430x2xx用户指南，它需要额外的费用

    13*ADC10CLK转换采样模拟信号。 因此，总采样+转换时间为62.5 1.8125 Us。

    在我的应用程序中，在启动应变仪后，Micro等待12.5 Us，然后从放大器输出中连续采集四个样本。

    之后，它会为保持力量而感到兴奋。

    我甚至断开了ADC10与输出的连接，但我没有注意到波形有任何可见的变化。 自起，根据用户指南第538页，何时

    ADC10未对信号进行采样，其输入为高阻抗，因此对放大器输出没有影响。

    谢谢！
    Amir
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    TI__Guru**** 1681120 points
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    埃米尔

    感谢您提供的所有详细信息。 这些都很有帮助。

    您如何驱动参考电压针脚？ 您是否将输出居中到Vdd/2附近或0伏处？ 如果应变仪输出差分27mV (以5V激发)，则增益为100时，输出电压将达到2.7V。 因此，根据示波器图像，您参考的是0V设备的REFF引脚。

    如果是这种情况，则表明您违反了单电源配置中设备的输出条件，因为输出不能真正驱动到接地电位。

    彼得
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    TI__Guru**** 1681120 points
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    Peter，

    我将REFS和REFF引脚的电压连接到缓冲电阻分压器，以Vdd/2为其提供电压。

    因此，放大差分输入信号可以在输出时围绕Vdd/2的任意方向摆动。

    正如我之前提到的，在我的应用中，Vdd=Vdd 3.6 电压，而不是5伏。  

    Amir

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    埃米尔

     

    如果参考电压被驱动至中电压(1.8V)，那么当检查表打开时，您正在测量的差分输入信号为9mV，而不是27mV。 根据您的示波器图像(2.7V-Vin)/100 = 9mV = 1.8 ，增益为100。

     

    无论在与更多团队成员交谈后，这都不是您的问题。 在您打开染色表之前，VCM为0V，一旦您使用快速5V步进(~10ns)打开量表，LMP8358的VCM也会快速变为2.5V。

     

    有两件事需要考虑。 第一，这不是执行稳定时间测试的方式。 在这些测试中，VCM不会快速移动，只有零件感应到的IN-和IN+之间的差分电压会快速移动，以及测量输出稳定的时间。 第二，当您快速更改(接近100MHz)零件的VCM时，您将强调零件的共模拒绝(CMR)。 这意味着输入的偏移量将随着VCM的变化而变化，并且该误差将乘以增益。 这很容易使您的输出饱和，并导致所看到的疯狂振荡。 100MHz VCM变体的CMRR甚至未在数据表图中列出，但如果假定在100MHz时CMRR为20dB，则Vout = Gain * CMRR (V/V)*VCM = 100*(10^(-20dB/20))*2.5V = 25V。

     

     

     

    输出上的振荡应该是稳定时间比典型时间长的原因，如果振荡不是由ADC负载造成的， 则必须是由于输入信号，因为您使用的是内部薪酬网络，但尚未显示创建此类型的Resposne。 您可以通过缓慢地提高染色表的5V电压并观察输出上的振荡是否消失来证明这一点。

     

    Peter Iliya

    精密放大器应用

    亚利桑那州图森

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    Peter，

    感谢您的详细解释。

    你是对的。 输入差分信号必须为9 MV，因此放大输入加上1.8 电压偏移设置输出在2.7 v.

    实际上，我对固件和硬件都做了一些修改，得到了更好，更快的响应。

    首先，我将Comp[2:0]改为001b而不是010B，这大大减少了超射。

    您可以看到此修改后的AMP响应。

    CH1 (500 mV/div)为输出电流，CH2 (5 v/div)为激励脉冲。 因为，我现在的解决时间要短得多

    将激发持续时间从20 us减少到10.5 Us，以节省更多电量(现在，Micro等待4 us，然后读取4个样本)。

    我认为AMP响应开始时出现的短峰值是由于您提到的CMR问题造成的。  

    另一个问题是稳定的输出值不断变化(峰值到峰值的变化高达100 MV以上)

    从一个激发脉冲到另一个激发脉冲。(这在示波器图像中不可见)

    我注意到这个问题主要是由参考电路引起的，因为参考电流在1700 Hz左右的频率下振荡，并加起来达到输出  

    变体。 我在缓冲输出和REFF引脚之间添加了RC滤波器(R=220，C=1 UF)。这几乎消除了REF引脚上的振荡。

    但是，在连续激励脉冲的稳定值下仍存在小幅变化(变化的峰值到峰值约为40 MV)  

    降低测量精度。

    我检查了REFF和REFS引脚以及Vdd和 放大器波形的输入以及示波器，一切看起来都很好，很稳定。

    这似乎是放大器噪音本身。 您对它有什么想法，以及我如何解决它？

    Amir

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    埃米尔

     

    很高兴看到您取得了一些更好的结果。

     

    40mV p-p输出噪声似乎过高。 我会确保您正确测量噪声(无论是输出，REFF，REFS还是Vdd)。 您需要确定设备的噪声层低于电路的噪声级别。 请查看我们的免费课程内容，了解噪音以及如何测量噪音：http://www.ti.com/precision-labs

     

    如果您仍需要找到减少噪音的方法，您可以尝试通过将补偿更改为000或1xx来降低LMP8358的BW。 您也可以在输出上添加低通RC滤波器。 此过滤器有两个用途，如此处的数据表所述：

     

     

     

    Peter Iliya

    精密放大器应用

    亚利桑那州图森

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    Peter，

    我认为问题不是设备噪音。 因为我看不到其他点的波形有这种变化或噪音。

    此外，我还设计和准备了另一个仪表放大器(IA)，它使用运算放大器(P/N TLV2780)和电阻器

    用于IA的传统运算放大器电路。

    增益为92。我将此IA连接到应变仪，它工作正常。 此IA的输出没有噪音或变化，稳定时间也是如此  

    很好(约9人)。 此IA中没有添加补偿电容器或RC滤波器。 (我稍后可以加入这些内容来完善回应)。

    我更喜欢使用LMP8358，因为我可以通过固件设置增益和补偿，还可以设置CMRR和输入偏移电压和偏移温度

    漂移优于三个运算放大器IA。  

    我在LMP8358输出中添加了RC滤波器。 R=120和C=10 nF。这将在FC=1/(2*PI*120*10n)=133 KHz下生成一个极。 但这并没有解决问题

    问题。 我不想进一步减少FC或更改Comp [2：0]，因为这会降低响应速度并增加稳定时间。

    不过，我仍需要找到一些方法来减少产出的差异。

    Amir

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    您好，Amir，

    如果您看到的变化确实来自噪音，那么您唯一真正的选择就是降低系统的带宽。  您可能会考虑使用非线性滤波器，它基本上由传统的RC滤波器组成，并在电阻器上使用反并行二极管。 我附上了一份旧的Burr-Brown应用报告，该报告介绍了几种不同的拓扑来实现此目标。 这使您能够在相同截止频率下实现比传统RC电路更好的稳定时间。 正如Peter所说的，40mV似乎相当高，完全来自LMP8358，所以我怀疑您的系统中还有其他东西会产生这种不准确。  为了澄清，您确认这种小信号振荡不是来自参考电压？

    e2e.ti.com/.../AB_2D00_022.pdf

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    TI__Guru**** 1681120 points
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    您好，Zak，

    非常感谢您有关非线性RC滤波器的有趣文章。

    正如我向Peter提到的，我认为我在LMP8358输出中看到的变化来自放大器本身，而不是参考。  

    因为，我检查了参考引脚波形，这些引脚上没有振荡。 最初，在参考引脚上出现了一些振荡  

    在缓冲分压器的输出(REFF输入)上添加RC滤波器的做法被取消。

    此外，当LMP8358进入活动模式，然后当芯片在测量后关闭时，输出的噪声变化就开始了。

    变体 也会消失，输出中会显示纯净引用值。

    我尝试从输出中提取几个样本，然后对其求平均值，以减少这种差异的影响。 但是，这会增加功耗。

    我现在也在使用电线将LMP8358原型板连接到msp430g2553午餐垫，这可能会产生噪音。 但愿如此

    将所有组件集成到设计良好的PCB上，使用电池代替午餐垫电源，可以进一步降低噪音影响。

    Amir