This thread has been locked.

If you have a related question, please click the "Ask a related question" button in the top right corner. The newly created question will be automatically linked to this question.

[参考译文] PGA309:无法放大来自 PGA309的转矩传感器信号

Guru**** 1812430 points
Other Parts Discussed in Thread: PGA309, INA326, OPA1632, THP210, OPA2376, OPA2388
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/924223/pga309-unable-to-amplify-torque-sensor-signals-from-pga309

器件型号:PGA309
主题中讨论的其他器件: INA326OPA1632THP210OPA2376OPA2388

您好!  

我无法放大来自 PGA309的扭矩传感器信号。 扭矩传感器粘贴在金属轴上、传感器的角度为45度、并根据传统规则粘贴。 扭矩传感器用作全惠斯通电桥、差分信号随后馈送到 PGA309。  我尝试使用全增益(即1152V/V)对 PGA309进行编程、但仍然看不到任何放大的信号。 这可能是因为差分信号的变化很小(可能为微伏)、因此即使是完全放大/增益也没有影响。  

为了解决这个问题、我尝试对来自小麦石桥的差分信号进行预放大、然后馈送到 PGA309 (如下图所示)。 前置放大器的增益为1000V/V、我们已经使用4000V/V 的前置放大器增益进行了测试 在预放大级之后、我们测量了差分电压、并观察到一些细微的变化。 PGA309不放大信号。  图中显示了我们用于预放大的方法。 这是正确的方法吗? 或者、您可以帮助我们做得更好、  

  • 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。

    您好 Sajeel、

    您是否想澄清此应用中扭矩传感器的预期最大差分电压范围是多少?

    运算放大器如上面的原理图所示、没有反馈、因此运算放大器未正确连接、运算放大器输出将处于电源轨中。  对于标准缓冲器配置、请将运算放大器的反相端子连接到运算放大器输出。  

    PGA309是一个高阻抗仪表放大器、因此、在大多数应用中、用户将桥式传感器直接连接至 PGA309输入、如 PGA309用户指南的示例所示。  您为什么需要在电路中使用这些运算放大器?

    您是使用 PGA309EVM 进行这些测试、还是使用定制的 PGA309 PCB 设计?

    如果您还有其他问题、请提供完整且详细的原理图、其中显示了所有 PGA309连接、旁路电容器、电源和基准连接以及 EEPROM 和/或微控制器连接。  还包括所涉及组件的器件型号。 如果使用 PGA309EVM、请展示与 EVM 的所有桥/运算放大器外部连接的图。   此外、请提供应用中使用的 PGA309寄存器设置。  

    您和此致、   

    Luis

  • 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。

    您好、Luis、  

    首先、我们直接将通过 PGA309差分输入配置的振流传感器连接起来。 我们假设来自扭矩传感器的电桥信号非常小、仅为微伏的几分之一、不能被 PGA309直接放大、因此我们决定对信号进行预放大、然后馈送到 PGA309。  

    因此、我们使用这些配置实现了仪表前置放大器电路(仪表放大器 INA326的增益为1000。 电阻为 R1 = 2k Ω、R2 = 1Mohms、C2 = 0.1nF、与 R2并联。)  

    我们使用2个仪表放大器分别放大电桥差分信号、然后将放大器的输出馈送到 PGA309。 我们还将 PGA309增益设置为1152V/V、但我们没有收到任何进一步的放大。 在前置放大器之后、我们测量了电压、然后我们必须知道我们的前置放大器正在以1000的增益放大信号。 我们通过高精度万用表对轴施加高扭矩进行测量。 尽管如此、变化甚至非常小、尤其是在毫伏级、只有小数小数位发生了变化。 然后、我们将前置放大器的输出馈送到 PGA309的差分 I/p 以利用最大增益、但我们没有得到任何进一步的放大。  

    我们不使用 PGA309EVM 模块、但我们使用 PGA309制作了自己的 PCB、并且我们使用单线技术直接配置内部寄存器。 通过设置寄存器4、我们使用了2.7V 的内部激励电压。 (除此之外、我们还实施了用于轴向位移的应变仪、PGA309与我们的另一个应变仪模块完美配合。 这是因为对于轴向位移、应变仪在2mV 至12mV 的范围内提供差分信号)

    此外、最近我们决定不使用单独的仪表放大器来预放大差分信号、而是使用一个差分输入差分输出运算放大器。 我们似乎还需要使用级联方式的放大器组来放大 信号、甚至可以由 PGA309处理的信号。

    这是我们的 PGA309电路。  

     

    这是我们的前置放大器电路。  

    如果您有任何问题、我很乐意回答。 非常感谢

    最棒的地方

    sajeel

  • 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。

    您好 Sajeel、

    正如您正确提到的、PGA309用于电桥传感器、可产生毫伏范围内的信号;可提供1152V/V 的最大增益  PGA309为这些类型的桥式传感器提供针对跨度、偏移、漂移和线性化误差的校准。

    如果满量程电桥 信号仅在几 微伏范围内、 信号通过 PGA309之前的全差分放大器前端被1000V/V 增益、我主要担心误差的主要来源是放大器级的噪声。 低噪声精密放大器的输入参考噪声在低频时处于~100s 纳伏 p-p 范围内;因此放大器前端的噪声将是主要的误差源。  因此、我想知道 PGA309是否被认为对这种类型的测量有用?

    您刚才提到、电桥信号处于微伏的几分之一范围内。  您需要在应用中解决传感器上的哪种输入参考信号分辨率(在任何增益之前)? 使用增益为1000V/V 的仪表放大器和万用表时、您测量了多少毫伏?

    电桥传感器的阻抗是否为350欧姆?

    谢谢、此致、

    Luis

  • 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。

    您好、Luis、

    首先,我要感谢你为帮助我们所作的努力。 Sajeel 是我的一名优秀学生、他在这项任务中为我提供支持、因此我很可能会加入到这次讨论中。 正如 Sajeel 提到的、我们要测量施加在钢制成的圆柱形结构上的扭矩。 为此、我们在结构上应用了2对偏移180°的应变仪。 每对包含两个与结构的"机械"中性面相关的旋转45°度的应变仪、这意味着没有应力、因此没有应变的平面。 在本例中、我们有一个具有四个有源应变仪(全桥)的电桥、每个电桥的标称电阻为350欧姆。 我想澄清一下、购买的应变仪已经旋转了45°度、因此对于指定的扭矩测量、没有自制解决方案。 推导桥电压和转矩之间关系的公式,这意味着函数:u_Bridge = f ( M ),使用结构的近似几何数据,以微伏的刻度计算桥电压。 为了通过应变仪应用本身排除任何隐藏故障、我们将全桥连接到参考数据采集板(National Instruments)、通过在圆柱形结构上施加扭矩来产生合理的应变(电桥电压)变化。 我想、参考数据采集板内置了多个低噪声放大器级、使微小的应变变化"可见"。 现在的想法、正如 Sajeel 之前提到的、是在向 PGA309馈送之前预先放大电桥电压。 由于 PGA309需要差分输入信号(集成前端放大器级)、现在的方法是使用一个诸如 OPA1632或类似的全差分放大器。  

    现在、如果我们暂时忽略噪声问题、我会想到以下问题:

    a.)最大值是多少 可实现的增益? 我想、选择反馈电阻器或输入电阻器的值并不是完全自由的、而是与噪声无关、而是与电桥本身的负载条件相关

    b.)如何在源电阻(在本例中为350欧姆)和前置放大器级之间执行电阻匹配?

    好的、回到现实、这意味着我们考虑了噪声。

    根据我的理解、如果我错了、放大器级内的一个信号噪声源是反馈电阻器的高值、请予以纠正。 现在,通过在 PCB 上使用高精度电阻器和对称的轨道路径布线设计,大多数情况下使用全差动放大器不会消除噪声?

    您能建议一种替代解决方案吗?

    谢谢、此致、

    图格鲁尔

  • 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。

    尊敬的 Tubrul:

    很高兴为您提供帮助。  一种可能方法是使用差分放大器增益级(类似于使用双路运算放大器构建的仪表放大器的输入级)、然后可能使用第二个增益级。  第一个增益级必须采用具有极低1/f (闪烁)噪声和低漂移的放大器、然后是第二个增益级(可能是 FDA)。 这基本上使您能够构建一个极高阻抗(缓冲)增益级、此增益级具有相对低值电阻器、从而实现低噪声。  如果您只允许使用单个增益级、我们还可以探索其他可能。  

    关于 PCB 和 FDA 上轨道路径布线的对称设计以及匹配良好的电阻器的问题、良好的匹配有助于减少直流误差、甚至有助于消除谐波。  但是、我认为这对降低噪声没有帮助。

    在最佳情况下、放大器的输入参考噪声仍将处于几百纳伏 RMS 的范围内;受第一放大器级的输入参考噪声的限制。   您是正确的、根据电阻器值和电路带宽、电阻器热噪声可能占主导地位。

    请告诉我增益级所需的带宽(如果您接受级联级);考虑到电桥的阻抗、我可以研究这种方法或其他可能的方法。

    谢谢、此致、

    Luis

  • 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。

    您好、Luis、  

    感谢您的帮助和快速回复。 感谢您的努力。  

    就放大器问题而言、我们针对两级级级级联或单级放大器进行了开放。 我们可以使用的放大器电路的空间非常有限、因此、我们希望仅使用一个或最多两个增益级。 所需的带宽可以是10kHz。

    从您上一篇文章中、我们了解到我们需要两级增益放大器。 第一级(或输入级)将由两个运算放大器或仪表放大器组成、这两个放大器对差分信号进行放大、而在第二级、我们将放大差分信号、使差分输出进入 PGA309。 此外、您还讨论了必须使用相对较低值的电阻器来构建第二级、这意味着如果我们期望增益为1000、那么我们需要 RF= 10K 和 Ri = 10欧姆。 我们很高兴能够更详细地了解这种方法。 还有其他最佳解决方案可用吗?  

    谢谢大家、此致  

    sajeel

  • 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。

    您好 Sajeel、

    我将研究几个电路并返回给您。

    谢谢、此致、

    Luis

  • 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。

    您好 Sajeel、

    下面是使用与 THP210级联的双路 OPA2376时带宽为~10kHz 的一种可能电路。

    第一个 OPA2376级提供 G=~99.6V/V、THP210提供 G=10V/V、总增益为~996V/V

    输入参考噪声约为1.19uV RMS (或约为7.14uVp-p)。

    请记住、此电路将无法解析任何低于噪声 p-p 级规格的电桥信号。

    PGA309的输出将显示增益的噪声:它将是(~1.19uVRMS)*(1000V/V)*(PGA309_GAIN)。

    如果您将带宽规格限制在4kHz 以下、我们可以使用 OPA2376级构建 G = 1000V/V 前置放大器且噪声略低的电路。

    该电路级的输入阻抗非常高。  支持的最小电桥激励电压(由于 OPA2376输入共模限制)为 Vexc=+2.65V。

    谢谢、此致、

    Luis

  • 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。

    您好 Sajeel、

    请在下面找到另一种电路可能性、即在不太复杂的单级电路上仅使用 OPA2388双路放大器。

    增益为= 999V/V

    带宽为 f (-3dB)=~8.3kHz

    输入参考噪声为1.26uVRMS 或7.5uVp-p

    它采用低漂移增益电阻器(R6、R5、R7)构建、可提供高阻抗和极佳的直流性能/低漂移。

    可以通过降低带宽来降低噪声

    谢谢、此致、

    Luis Chioye

  • 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。

    您好、Luis、  

    非常感谢您的努力和帮助。 非常感谢您的支持。 我们将研究您今天提出的选项、并尽快返回给您。  

    此致  

    sajeel

  • 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。

    您好、Luis、  

    我希望您的一周进展顺利。  

    差分放大器 THP210的可用性存在问题。 THP210是否有其他等效产品?  

    感谢您的观看和考虑。  

  • 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。

    您好 Sajeel、  

    遗憾的是、我没有与 THP210等效的器件。  TI.com 上提供了 THP210器件的样片。  这款全差分放大器(FDA)提供极高的直流精度、即低失调电压(最大40uV)/低温漂(0.35uV/C)和低1/f 噪声、这在该精密传感器应用中非常重要。  其他 FDA 可提供相同的功能、但其温漂和1/f 可能更高。

     另一种选择是级联 OPA2376的两个增益级。   

    谢谢、此致、

    Luis