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[参考译文] LMP7715:为差分 ADC 输入的单位增益同相运算放大器添加失调电压

Guru**** 2389760 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA192, LMP91200, LMP7721, LM2662
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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1007089/lmp7715-adding-offset-voltage-to-unity-gain-non-inverting-op-amp-for-differential-adc-inputs

器件型号:LMP7715
主题中讨论的其他器件:OPA192LMP91200LMP7721LM2662

大家好、我正在尝试了解如何在 使用差分 ADC 输入(AIN-、AIN+)读取输出的同时、将偏置(失调)电压(Vref)(由精密电压基准 IC 生成)添加到单位增益同相运算放大器。 可以帮帮我吗?

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    您好 ISM、

    有几种方法可以实现这一点。 下面的电路使用同相加法放大器、我随意选择了 OPA192。

    如果输出端与 ADC 之间存在差分、则可能必须将单端输出信号转换为差分输入信号。  THP210 可能是将单端输出转换为差分输出以用于精密 ADC 应用的理想选择。  

    e2e.ti.com/.../OPA192-summing-Amp-06052021.TSC

    如果您有其他问题、请告知我们。  

    最棒的

    Raymond

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    感谢您的详细回答。  R2、R4分压器在这里执行什么操作?  左上角是什么电路?

    最后、我是否必须使用差分运算放大器?

    顺便说一下、让我们将 VG 视为我们测量其电压的电池。  我们无法将负极端子连接到 AIN-?

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    您好 ISM、

    R2、R4分压器在这里执行什么操作?

    这是同相加法放大器。 是的、R2和 R4类似于分压器。 您可以使用叠加方法来解决它。  

    接地 V2、Vout_1 =(1 +R1/R2)*0.5*Vref = Vref = 1.5V

    接地 Vref、Vout_2 =(1+R1/R2)*0.5*V2 = V2 = 3V

    3.添加 Vout_1 + Vout_2 = Vout = 4.5VDC。  

    左上角的电路是运算放大器的直流电源轨节点、与下面的电路相同。   

    我们无法将负极端子连接到 AIN-?

    如果您只对单端电压测量感兴趣、则可以使用单端 ADC 配置。 当然、您可以将 AIN-接地、但您需要为接地备一个额外的 ADC 通道、这与单端 ADC 配置相同。 您不会利用差分 ADC 的优势。 也许单端 ADC 采集对于应用来说已经足够好了。   

    最棒的

    Raymond

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    您好 ISM、

    由于您的帖子缺少信息、我无法给出完整的答案。

    您的 ADC 是什么类型? 真正的差分单极性? 真正的差分双极? 伪差分单极? 伪差动双极? 还是伪差分真正双极?

    您使用的是什么 ADC?

    完整的原理图会有所帮助

    Kai

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    大家好、这是  MCP3424、我不确定它的类型、"伪差分单极"可能是什么。 我将使用差分模式、因为我要将不同的输入电压与不同的源相连接。

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    您好 ISM、

    那么、我将转到 Raymond 所示的电路。 将 ADC 的 AIN-连接到信号接地。

    但是、当 ADC 使用2.048V 的内部基准电压时、您更愿意在 Raymonds 电路中使用1.0V 的基准电压? 这将允许您处理+/-1Vp 的输入信号

    Kai

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    谢谢。 让我感到困惑的是、我的输入信号电压来自不同的化学传感器(如具有高阻抗的 pH 传感器)、它们具有自己的负极(我是指 pH 传感器的内部基准电极)。 我的意思是它们不共用同一个共同点。 如果它们共用公共接地(相同的参考电极)、则所有传感器的接地都将由该公共电极产生。

    但我将连接内置传感器(作为内部基准电极和工作电极的耦合)。 它就像使用多个带差动 ADC 的 LMP91200。 顺便说一下、当我查看 LMP91200 www.ti.com/.../alt_snas571e.gif 的内部原理图时、我看到 VCM 缓冲器的输出连接到 AIN-和基准电极。 那么、如果没有使用 VCM 缓冲器、VREF 是否可以连接到 AIN-?

    此外、VCM 缓冲器还是电压跟随器同相运算放大器?

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    您好 ISM、

    让我们重新开始吧。 从开始、您应该会对当前查询提出疑问。 我没有任何想法,我应该详细询问这些问题。  

    问题:  

    您是否使用  LMP91200设计 PH 电极电路?   

    如 LMP91200数据表所示、在 差分 ADC 配置和测量中、Vocm 输出直接连接到 ADC 的 AN、Vout 连接到 ADC 的 A+。 您无需同时添加两个电压(Vout 测量以 VCM 为基准、例如通过 pH 电极测量1.5V)。  

    Vinp - Vocm (或 VCM)应在+/-500mV 范围内测量、其中 Vinp = VPH + VCM (或 Voffset = Vocm)。 因此、Vinp - Vocm = VPH + VCM - Vocm = VPH、处于+/-500mVdc 范围内。

    pH 测量期间应对 pH 溶液进行温度补偿、但我看不到数据表中对其进行了描述、请参阅应用手册中的离散 pH 电极温度。 它必须在那里、否则您将无法进行精确的 pH 测量。  

    如果您要进行精密 pH 测量、我建议使用离散 pH 应用手册。 如果您要设计低成本 pH 测量、LMP91200可能适用。   

    我将在下面附上一份离散 pH 电极测量应用手册。 它更详细地介绍了应用和理论。  

       

    https://www.ti.com/lit/an/snoa529a/snoa529a.pdf?ts=1623177150214&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    如果您有任何其他问题、请告诉我。 我将帮助您完成 pH 校准程序。 pH 测量的操作和理论等。   

    最棒的

    Raymond

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    很抱歉、我不想使用  LMP91200 、因为它采用 TSSOP 封装。 但我尝试以  多种方式计算具有1.5V Vref 偏置电压的 LMP91200等相同电路。 在 AN-1852中、pH 传感器的参考电极接地、电路为单端电路。 我希望使其具有差分功能、因为我要同时将不同的 pH 传感器(这意味着每个传感器都有不同的参考电极)连接到同一个 ADC。 因此、如果我在单端模式下使用它们、所有接地参考电极都将相互影响。  

    顺便说一下、如果我向电路添加一个负电压源并使运算放大器的 GND 为负、那么我不需要1.5V 偏置。

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    您好 ISM、

    您不必使用差分 ADC 来进行高精度 pH 测量。  

    在校准 pH 测量之前,通常先放置一个已知的 pH =7.00缓冲液,用于单点校准(检查已知的 pH 缓冲液)。 或者、您也可以使用已知的酸和碱性电解液 pH 缓冲液执行两点校准(检查已知的 pH 缓冲液、例如 pH = 7)。 通过 pH 校准、可以获得(ES - Ex)电位、这种电位应具有以下关系。(ES-Ex)的单位为 mV、显示在下图的垂直轴上。 在 x 轴上绘制 pH 值。  

    如果您使用双电源电压轨、则可以消除基准直流偏置电压。 无论如何、请检查以下曲线图与测量温度之间的线性度。

    BTW、能斯特方程中的温度补偿非常重要。 您需要检查 pH 溶液中的温度精度、并确保 pH 传递函数得到正确补偿。  

    如果您有其他问题、请告诉我。  

    最棒的

    Raymond

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    我使用 LMP7721作为具有双电源的缓冲运算放大器。 为负电源提供了 LM2662。 我将 AAA 电池连接到了输入端。 当我将电池的正极侧连接到 LMP7721输入、而负极侧连接到 AIN-时、工作正常。 或万用表提供相同的正确读数。 但是、当我反向使用电池时、它在 ADC 或万用表中提供0V 电压。 为什么? 我是否必须使用差分运算放大器来读取负信号? 电源为+5V、-4.8V。 AAA 电池电压接近1.6V。 两个电源都有100nF 的旁路电容器接地为零。  我无法理解。

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    您好 ISM、

    我认为您的电源电压超过了 LMP72021的额定值。 否则、它应该起作用。  

    e2e.ti.com/.../LMP7721-pH-Electrode-06092021.TSC

    所附为 pH 电极仿真原理图。  

    最棒的

    Raymond

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    确切地说、我的电源电压高于9V。 非常感谢。 是否可以为 Vcc 和 Vee 使用电阻分压器?

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    您好 ISM、

    是否可以为 Vcc 和 Vee 使用电阻分压器?

    VCC 和 Vee 应为低阻抗器件。 如果您为 LMP7721使用低电阻分压器、它可能起作用、但我建议您仅用于测试目的。 LMP7721中的电源电流约为1.3mA、因此分压器可以工作、但您需要确保分压器能够为应用提供所需的电流。  

    如果您想进行测试、可以在 Vcc 侧使用两节 AAA 电池、在 Vee 侧使用一节 AAA 电池。 或者、您也可以使用齐纳二极管来钳制总电压5.5Vdc (Vcc - Vee)的正负电压。 或者、您也可以在 Vcc 侧使用一节锂可充电电池(例如、3.7Vdc)、在 Vee 侧使用 AAA。 这些是比分压器更好的电源选项。  

    或者、您可以为应用使用单个电源轨。 可以从 pH 计算和校准中减去 Vbias 电压。 这不是单端 ADC 测量的问题。  您可能还需要 ADC 中的两个通道来采集数据。 选项包括:

    1.在温度范围内测量所需的水溶液。  

    2.如果 Vbias 基准电压不稳定,请测量 Vbias 电压。 如果您这么做、您可以从 ADC 读数中减去它、因为它是一个固定的数字。  

    3.测量高于所需溶液的 Vout 并计算水溶液的 pH。  

    在任何情况下、您都需要使用 MCU 根据上述测量参数计算解决方案的 pH 值。  如果您需要额外的助手、请告诉我。  

    最棒的

    Raymond