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[参考译文] 需要nano安培电流感应硬件??

Guru**** 2512525 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS1281, ADS1271

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/664560/nano-ampere-current-sensing-hardware-required

主题中讨论的其他部件:ADS1281ADS1271

大家好,

我想与TI应用专家讨论我的应用要求。 我有一个传感器输出为电流形式。 电流在最大+/- 24 mA范围内,信号变化速率为1.0 KHz。 环境温度为60C至70C。 我要求的精度最大为+/- 10 nA。 传感器将位于距离电子电路10英寸的位置。 所选ADC的输出应在SPI中。 我对TI的整体产品感兴趣。 请在硬件设计方面帮助我。

非常感谢

Umer

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    您好,Umer,

    这是一个具有挑战性的设计目标,但根据您的要求,您需要考虑24位或更高的delta sigma转换器。 如果我们假设标准+/-2.5V输入范围(5V满刻度),则您需要能够解析为大约1uV。 无论您使用哪种放大器,其偏移量都将大于此值,因此绝对有必要进行校准。 即使使用24位转换器,您也不可能获得真正的24位分辨率,因为有些分辨率会因噪音和沉降错误而丢失。 您需要前端的互阻抗级将电流信号转换为电压,并且您需要使用高速放大器来使转换器稳定下来。 运算放大器选择应在您选择ADC之后进行,但一旦您拥有ADC,我们就可以为运算放大器的设计和选择提供支持。

    我不确定您要寻找哪种采样率,但如果4ksps足够,那么您可能会对ADS1281感兴趣,它是一款具有良好SNR (4ksps时为118dB)的31位转换器。 在24位端,您可能需要查看类似ADS1271的内容,它的最大采样速率为105ksps。 如果要在高噪音环境中操作,您可能会对信号进行过采样并进行一些平均处理,以进一步降低噪音影响。 这两种器件均与SPI兼容。 我必须提供免责声明,delta - sigma产品组合不是我的专业领域,因此如果您希望我将您重定向到他们的论坛,他们可能会推荐更适合您的系统的产品。 找到最适合您的转换器后,您将需要与高速放大器组取得联系。 他们将能够推荐合适的运算放大器并帮助您设计互阻抗放大器。
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    您好,

    我想与您分享一些其他要求。 我的传感器输出信号速率为1kHz,因此我认为ADS1271由于105ksps而更适合。 请查找附件以了解设计和布局限制,但欢迎您提出建议。

    此致

    Umer

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    您好,

    我正在等待您的回复,请您在电路设计方面提供帮助。 如果我的问题与你的专门知识无关,请向这一领域的任何其他专家提出。

    谢谢,此致

    Umer

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    您好,Umer,

    您使用的传感器是什么样子的? 此传感器需要多少激励电压? 这是一个能够接地一个节点的双线传感器吗? 根据传感器的不同,有几种不同的方法可实现此目的。
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    您好 ,Zak,

    传感器类型为 加速器, 激励电压为+/- 15V,输出为2线,一个节点与+/- 15V GND信号短路。

    等待您在电路设计方面的帮助。

    谢谢

    Umer

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    您好,Umer,

     这里有很多不同的事情要考虑,但我想我有一些信息可以帮助您开始。 首先,您需要将电流信号转换为尽可能高保真的电压。 您可以采取几种不同的方法:

    1)您可以使用互阻抗放大器或配置为互阻抗放大器的运算放大器。 以下是光电二极管互阻抗放大器的TI设计,涵盖了如何设计本节的基本知识:  

    2)您可以使用仪表放大器来使用传统的电流感应方法。 如果您不熟悉电流感应,则此系列可提供良好的基础: www.eetimes.com/document.asp

    一旦传感器信号转换为电压,您可能仍需要调节信号。 此外,由于您需要高分辨率 Δ-Σ 转换器,因此您必须将单端信号转换为差分电压。 最简单的方法是使用全差动放大器(FDA)。  如果您不熟悉FDA,我们将提供一些TI精密实验室培训,介绍其功能,使用方法以及驱动转换器的注意事项。 您可以在此处找到这些演示文稿:  

    如果您想了解有关驱动ADC以及如何设计以获得最佳准确性的更多信息,这些演示文稿将介绍我们为优化输入放大器而开发的一些技术。 尽管这些演示文稿讨论SAR转换器,但三角形- sigma的建模原理是相同的,工具仍然提供了有用的起点。 如果您要使用带有内部PGA或输入缓冲器的转换器,那么这将大大简化前端放大器的设计。

    e2e.ti.com/.../Summit-_2D00_-2017-Part-1-_2D00_-Amplifier-Front-End_2D00_-5_2D00_16_2D00_2017.pptx</s>2017.

    e2e.ti.com/.../Summit-_2D00_-2017-Part-2-_2D00_-Driving-the-ADC-_2D00_-6_2D00_7_2D00_2017.pptx</s>2017.

    一旦您有了初步设计,请随时将其发布在此处,我可以查看并提供一些反馈,并帮助您了解一些详细信息。

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    您好 ,Zak Kaye,

    感谢您的努力,我研究了所有内容并完成了我的设计,然后将发送给您进行审核,

    此致

    Umer

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    您好,Zak,

    首先,请允许我感谢你的帮助。 您提供的材料对于培养对主题材料的基本理解非常有帮助。
    非常感谢!!!

    但是,我又遇到了另一个问题。 我们的客户为传感器提供的有限数量的数据带来了另一个设计限制,这似乎超出了我的技术知识范围,需要您的专家意见。 传感器的输出电流参数如下:


    输出电流:+/-10nA至+/-100mA。
    电源电压:+/-15V。


    然后,我们的设计目标变为:

    参数:目标
    ----------------------------------
    Vomin (±10nA)                        :±100mV
    Vomax (±100mA)                      :±4.9V
    传感器最大电流(ISMax)        :±100mA
    传感器最小电流(ISMin)         :±10nA.
    传感器供电电压                 :±15V/500mA


    CAN互阻抗放大器用于上述值。 目前我一直处于此范围内,因为我找不到任何解决方案来满足此电流限制(+/-10nA到+/-100mA)。 此外,放大器电路的输入电压也是一个限制因素,因为只有+/-15V可用。


    在这方面,您的专家意见,我们将非常感谢您在产品建议和设计方面提供的任何帮助。

    此致,
    Umer

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    您好,Umer,

    很抱歉,我没有解决方案可供您使用。 请理解,您要求的是专业级别的设计咨询,这远远超出了本论坛的目标范围。 我们随时为您解决有关运算放大器的应用问题提供帮助,但在我看来,您似乎正在寻找一个完整的系统解决方案,您可能需要考虑与专业咨询机构签订合同。 在100mA信号上实现10nA分辨率是一项非常困难的任务,尤其是当您开始考虑系统中的所有噪声源时。 这种性能是精密台式仪表的特点,其设计背后的私密细节与我们的专业领域相去甚远。

    我想说明的一点是,能够准确测量到10nA,并且在100mA信号上具有10nA分辨率,这是非常不同的设计目标。 例如,如果您在100mA范围内只需要100uA分辨率,那么这将成为一种更加实用的设计,我很乐意为您提供一些如何实现这一目标的建议。 否则,我很抱歉,但此设计超出了我可以支持的范围。
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    您好,Zak,

    在我之前的邮件中,我向您提供了一些设计限制,但在阅读您的回复后,我意识到听起来好像我在寻找您的设计解决方案,但事实并非如此。  

    我向您咨询并向您提供这些设计限制的目的是因为我对您推荐的能够处理这些设计限制的TI产品(例如,变阻放大器,全差动放大器,全差动变阻放大器或电流感应放大器)感兴趣(放大器输入电流: +/-10nA至+/-100mA,电源电压:+/-15V)。

    我意识到,在这些限制条件下进行设计是一项非常困难的任务,因此,我寻求专业人士的建议作为设计的起点。 如果我之前的邮件对此事不清楚,我深表歉意,但我希望您能做到这一点  
    为TI产品提供建议,这将是我的设计的正确起点。

    此致
    Umer

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    您好,Umer,

    我认为您需要首先从系统级别考虑这一点,以确定在您开始查看特定放大器之前可行的方法。 您通常不是从信号链前面的放大器开始,而是从满足您所有条件(SNR,全刻度范围,分辨率等)的转换器开始。 在这里,您可以选择一个放大器和一个能够正确驱动上述转换器的配置,然后开始研究如何与传感器连接,因为此时您将拥有一个具有定义的输入/输出范围的更有边界的系统。

    了解信号范围和电源是一个良好的开端,但对于这样的设计,还有许多其他事项需要考虑。 例如,假设您决定使用可处理+/-10V输入范围的24位转换器(范围越广,即使有一个捕获点,您也能更好地解决较低的信号级别:范围越广,噪音越大)。 这为您提供了20V的满刻度范围,这意味着LSB尺寸为20/(2^24)= 1.2uV。 如果100mA转换为10V,则假设线性缩放10nA将转换为1uV。 乍一看,您几乎可以获得10nA分辨率,但您必须考虑噪音。 假设您有一个SNR为110dB的转换器(非常好!)。 在20V的全刻度范围内,这将转换器的噪声基线设置为22uVrms,远高于1uV信号,这甚至不考虑信号链将增加的噪声,这很可能大于1uVrms。

    坦率地说,我很难向您推荐一些东西,因为我不确定如何接近您的目标,即使我可以给您一个理想的运算放大器。 为了将这一点考虑在内,价值5000美元的Keithley 7510仪器只能在100mA信号上以26Hz的最大刷新率实现10nA分辨率...