[参考译文] AMC1100：模拟信号调节电路

您好、Alexander、  

非常感谢您的及时建设性支持。  

实际上、客户端要求我们以单路和差动方式支持0-5VDC、4-20mA 类型的模拟输入。 我们认为 AMC1100可以在两种模式下工作(通过将其他线路端接至接地或差分来实现单端)。 模拟输入范围(满量程)将始终为0-5V。 通过放置250欧姆分流电阻器、我们计划将4-20mA 转换为0-5V 满量程范围。

AMC1211A 和 ISO224都不支持 AMC1100等差分模拟输入测量。  

您的积分对于 AMC1100有效、其输入范围为+250mV。 因此、我们当然需要将其从我们的选择列表中删除。 让我们了解一下、我们如何才能通过该器件来满足1M Ω 标准、从而改善我们的知识库。  

我们计划使用 ADS1234 Sigma-Delta ADC。 从这个角度来看、我们不需要丰富的 ISO 运算放大器、而是需要满足以下基本要求的 ISO 运算放大器。

我们需要达到满量程的最小0.008%精度水平。 这里是满量程0-5V、那么我们的精度水平将最小为0.4mVolt。 因此、如果考虑 AMC1100、它具有以下因素、我们将通过250Ohm 分流电阻器实现4-20mA 输入检测的精度水平。 如何计算相对于  以下参数的模拟输入电压精度电平是我们的主要关注点。 请提供一个示例计算、以便我们可以估算通过运算放大器隔离栅并到达 ADC 模拟输入后的模拟输入电压精度。 我已选择 AMC1100进行采样计算。 我们认为、如果模拟输入需要隔离、任何器件都不会满足0.008%的精度。 请告诉我们您的宝贵观点。 因此、我们可以相应地通知客户。

•低失调电压误差：最大值1.5mV
•低噪声：典型值3.1mVrms
•固定增益：8 (精度为0.5%)
•增益误差：+1%
•非线性度：0.075%

2.基本隔离可以正常工作。 最好是增强型。  

您好、Alexander、  

感谢您的大力支持。

是的、我们需要将 信号测量到该分辨率水平而不产生误差(NFB)、以实现0.008%的精度。 让我举几个例子来作进一步说明。  

示例1：0-5VDC  

5Vdc 是满量程模拟输入电压范围。 0.4mV (5x0.008%)是读取模拟输入电压时允许的最大偏差。 通过 ADC 读取的 x+0.2mV 值是可以接受的；其中 X 是实际值。  

例如、模拟输入电压实际值为3.3645VDC、因此客户可以通过我们的模拟卡读取该值为3.3645V+0.2mV、即从模拟卡读取的值必须介于3.364V ~ 3.3647V 之间  

示例2：0-20mA

使用容差为0.01%的高精度分流电阻器250欧姆、我们将0-20mA 范围转换为0-5VDC、并应用示例1中所示的相同精度标准。

我已经检查了您的电子表格、这对我们非常有帮助。 ISO224B 更接近我们的要求。 在应用增益和偏移校准后、我们将实现0.52mV 误差和5Vrms t。 我们的实际要求< 0.40mV

考虑到分流电阻器容差、ADC 容差、系统本底噪声等其他因素、如果我们能够使用任何合适的 ISO 运算放大器(基础型或增强型)获得或实现总误差< 0.3mV 的 r.t 5Vrms、那么它肯定适合我们的项目。

由于 AMC1100或其他相关的 ISO 运算放大器具有 +250mV 的低模拟输入电压范围、因此我不考虑使用它。

如果增益为1、ISO224B w.r.t 5Vrms 的总误差是多少？ 您在电子表格中使用增益2.2计算得出的值。 如果增益降低、可能会出现低误差。  

如果我对任何参数或计算进行了误解或误解、请为我提供指导、因为我在这个敏感的模拟领域中有点陌生。

您可以根据我们的项目要求建议任何合适的 ISO-OPAMP。  

提前感谢。  

您好、Alexander、

非常感谢您的积极支持。 我们非常感谢您的辛勤努力和宝贵的指导。

我已经检查了 AMC1311B 器件、它的精度很高、看起来很有前景。 我们装置的环境工作温度范围最大为50°C。  

关于 AMC1311B、我已从数据表中提取值、并将其放入给定的扩展表中并粘贴到下表中。 我在增益+偏移校准后在整个温度范围内获得141ppm、与 ISO224 1相比、该值仍然很高。

我觉得输入数据表中任何一个参数时出错、可能是输入偏移误差。 您能否重新验证并更正以下有关 AMC1311B 器件的表格？ 我有一种强烈的直觉、即 AMC1311B 将解决我们的目标。

温度范围：100

尊敬的 Alexander：

非常感谢您的数据验证和校正。 比较后、ISO224B 看起来比 AMC1311B 更准确。  

是的 AMC1311B 具有非常高的输入阻抗以及低增益误差和输入失调误差、但在对所有误差求和后、ISO224B 的性能良好。  

您能否告诉我、与 ISO224B 相比、AMC1311B 在0.008%的范围内是否可以俯瞰任何好因素？

请指导我。  

尊敬的 Alexander：

感谢您提供清晰的信息指导。 我从你们那里学到了很多好东西。 我更倾向于选择 ISO224B。 在完成本部分之前、我需要几个最终确认、以保证我的安全。

与其他器件相比、ISO224B 在增益和偏移误差以及偏移误差漂移方面落后。 但是、在 整个温度范围内进行增益+偏移校准、我们可以消除这些误差、请确认我的理解。

2.很高兴知道 ISO224B 在典型误差值下是可以的。 考虑 到 ISO224B 的最大误差值表、我们可以对产品要求多高的精度(仅针对 ISO224B)？ 我考虑同样的预算为0.0011%(即110ppm)。

3.将 ISO224B 的标称增益值修正为1/3。 在扩展表中，它被称为“解决方案输出增益:2.2"。 请澄清

4、 考虑 ISO224B 的最大误差值、  我们可以要求的最高工作温度是多少(仅限 ISO224B)？

5.下面的问题对你来说可能是愚蠢的，但对澄清我的疑虑非常有用。 请指导我。  

• 如果存在+5mV 误差、在 PPM 计算期间、我应该考虑10mV 误差吗？
• 在 ISO224B 的 spred-sheet 中、您可以考虑100 Deg 温度范围。 25°C 环境温度+ 100°C 或25°C + 50°C 时的考虑因素  
  • 例如 ，我计划使用高精度分流电阻器(P/N： RNCF0603TPY100R；容差0.01)。 它具有5ppm/Deg C、我需要在-40°C 至85°C 的最大温度范围内操作我的卡。在计算预算时、我需要考虑什么 PPM 值。 请告诉我计算方法、以便我可以应用到我将在信号链路径中使用的所有其他外设/器件。  

今天的会议非常适合与客户会面。 我们的分析给他们留下了深刻的印象。 所有的积分都将提供给您 Alexnander。
根据我们与他们的通信、可以将此模拟卡的精度级别降低0.01%。 我可以说服他们看起来是这样的。  

如果我要使用 ISO224B、请提供您的建议如果我们的模拟卡最大工作温度范围为85°C、那么我们可以安全地为 ISO224B 声明什么精度级别？ 另外、让我们知道-40°C 时的同一个数字？ 考虑到行业工作温度范围、我的情况更糟。  

我还需要选择分流电阻器和 Σ-Δ ADC 器件、因此我需要为它们留出足够的裕度。 您的宝贵指导对我大有帮助。  

尊敬的 Alexander：  

非常感谢您的宝贵支持。

我在我们的设计中选择 ISO224B 时考虑了-40°C 至+85°C 温度变化范围内的最大误差值104ppm。 我的问题几乎得到解决。 在接下来的两天内、我计划提交系统架构方框图和相关错误预算、并将获得批准。  

如果客户在这方面有任何疑问、请在接下来的几天内与我联系。 提前感谢。  

您好、Alexander、  

我想在这个高精度模拟卡中实现自动自校准机制。 我已经修复了 ISO224B、如您所知。  

现在、我将检查 ADS131M04；Σ-Δ ADC、24位、内置增益和偏移校准支持。

I Wan 可在整个温度范围内使 ISO224B、增益和偏移误差无效。  

2.我在模拟卡上实施了温度传感器。  

3.根据温度传感器读数，如何设置按需增益和偏移校准。 我计划读取工业环境的温度并启动自动自校准周期。 自动自校准周期将根据用户需求或每3小时启动一次。  

例如、温度 传感器读取温度30°C。增益和偏移误差分别为0.1%和5mV。 假设增益误差和偏移误差相对于每个温度值存储在存储器中。 我们可以根据温度传感器读数使用这些增益和偏移误差数字。   

在下一个用例中、温度传感器读取温度60°C。增益和偏移误差分别为0.2%和12mV。

在 这两种用例中、我需要如何使用 ADS131M04内的增益和偏移校准寄存器来消除增益和偏移误差。

我知道对 ADS131M04的支持不在部分中、但我需要您的初步指导。  

提前感谢。  

您好、Alexander、

非常感谢您的支持。  

e2e.ti.com/.../DUT_5F00_Calibration-.xls

您好、Alexander、

我上传/附加了"器件校准计划 Excel"扩展表以及"系统"方框图。 请提供您的宝贵建议、尤其是关于器件校准的整体建议和特别建议。    

您好、Alexander、  

感谢您的反馈和支持。  

您的理解是正确的。 以消除我需要执行的所有误差因素。 但我仍然无法使 ISO224B 的 INL 和 INL 漂移无效。 是否有任何校准方法/步骤、请指导我。  

您建议"只需校准信号链输入到输出"、您能更详细地阐述一下吗？ 如果与我建议的校准方法相比、这将是一种高效的校准方法、那么我一定会实施它。

我们需要提供10块电路板。  

我唯一的问题是、我们是否需要为每个电路板运行校准？

我能否在单板上运行完全校准并对所有10个板应用增益和偏移校正、以及以后在大规模生产中应用这些数字？

您好、Alexander、

感谢您的快速响应。  

您的理解是正确的。

我计划对信号链的各个组件进行校准、最后累加所有误差因子、并尝试使用 ADC 的 GAINCAL 和 OFFSETCAL 寄存器。 实际上、客户已要求我们 在 外部校准支持的基础上实施内部板载自校准功能。  

因此、在这种情况下、我需要从电路板本身生成精确的模拟输入、这些输入根据工作温度范围进行适当校准、并将其馈送到 ISO224B 输入侧。 精密值模拟输入、我将通过电压基准芯片(高精度电阻 分压器网络)生成。 然后、这是我的流程中针对电压基准芯片输出和针对工作温度范围的高精度分流电阻值偏差输入的额外校准过程。 请检查更新的方框图以方便您参考。  

• 为了读取此卡的环境/工作温度、我们引入了温度传感器。
• 对于每个温度范围(50C 跨度或100 C 跨度)、我们都有增益和偏移校正值、这些值将存储在非易失性存储器(SPI 闪存)中
  
• 在开始器件测量操作或每30分钟定期检查之前、这些 GAINCAL 和 OFFSETCAL 值将在 ADC (来自 SPI 闪存查找表值)中针对环境温度值进行设置。
• 我是否需要校准 ADC ADS131M04的每个通道？

因此、考虑到内部板载自校准方法、我已经执行了所有表格来考虑每个组件容差。 如果我正在执行额外的流程、或者是否可以进行优化以节省时间、请向我提供指导。  

您好、Alexander、  

我明白你的观点。 我个人希望避免对每个组件进行校准。  

客户要求我移除隔离层并消除 ISO224B。 我已经告诉过、这将不是一个好的解决方案、由于公共接地引起的外部场噪声、读数将受到很大的影响。  

我已尝试说服客户删除板载自校准方法。 从客户角度来看、反应似乎是积极的。  

根据温度传感器、相应的增益校准和偏移校准值将存储在 I2C 闪存中(可能是 MCU 的内部闪存)

我引入了小型低成本 MCU。 在外部校准阶段、使用已知的精确模拟输入时、微控制器将通过 SPI 总线访问 ADC、并记录各种温度范围(50°C 跨度或100°C 跨度)的增益和偏移校正值。

有 SPI 多路复用器总线开关、因此 MCU 或主板 处理器将访问 ADC。

在每次电源再循环期间、MCU 将获取周围环境的温度值、并根据外部校准阶段转储的每个记录的数据在 ADC 中设置增益和偏移校正。

在 ADC 内设置增益和偏移 CAL 设置后、MCU 将释放 SPI 总线访问并将其提供给 SOM 处理器。

因此、根据项目规范、无论在何处安装高精度模拟卡、在每次电源回收期间、它都将扫描温度并设置增益偏移校正数据、并通过释放 SPI 总线将 ADC 的访问权移交给 SOM 处理器。

我在这里更新了方框图并随附了此电子邮件、方便您参考。

请提供您宝贵的观点。  

您好、Alexander、  

感谢您的建议。 客户正在查看我们的方框图和校准流程。  

根据您的最新反馈、我想知道您在制造和校准过程中遇到了哪些其他挑战。  

我可以理解与制造工艺相关的挑战、即严格控制原型和大规模生产批次中的电路板组装变化以及一致的统一组装工艺。 如果我错了、请更正我？ 请提供这方面的建议、以便我能够相应地指导 PCB 组装部门。  

在对所有通道使用温度传感器应用上述校准流量后 、我们是否还需要面临其他挑战？ 请提前告知我有关校准的实时问题(未见的挑战)、以便我可以提前采取每种可能的行动、并为我的客户做好心理准备。  

提前感谢。  

您好、Alexander、  

请在我的上一封电子邮件中提供您的宝贵意见。  

您好、Alexander、

感谢您的支持。 我将继续讨论您建议的解决方案。 如果我遇到任何问题、我会告诉您。