[参考译文] LMH32401：使用 TINA-TI 仿真 LMH32401及其与 ADS8861的兼容性

Andrianirina、您好！

LMH32401 TINA-TI 文件的最新修订版可在器件的产品页面上找到、并在文件中包含交流响应仿真。 我添加了一张方波瞬态仿真图片、并在下面附加了该 TINA 文件：

e2e.ti.com/.../3823.sbomb18b.TSC

请注意、ADS8861的采样率不够快、无法实现 LMH32401的全带宽。 LMH32401数据表的第8.1节建议使用 ADC12QJ1600 和 LMH32401、我将添加高速 ADC 团队以查看他们是否有其他建议。  

同时、您能否帮助阐明您的信号带宽和系统要求？ 您能否提供光电二极管模型或相关规格？

此外、您还提到了 LMH32401模型遇到的问题、能否提供屏幕截图和仿真文件副本、并进一步详细说明您遇到的问题？

最棒的

Hasan Babiker

您好 Hasan、

感谢您的回答、这肯定会对我大有帮助。

感谢您的参与、因为我收到了最新版本的 LMH32401 TINA-TI 文件(3823.sbon18b.tsc)、以及交流响应仿真结果和方波瞬态仿真图像。

还感谢您对 ADS8861与 LMH32401进行比较的评论。 我在数据表中看到、TI 建议将 ADC12QJ1600与 LMH32401搭配使用、但我的问题是 ADC12QJ1600没有 SPI 接口、这是我的规范所要求的。

非常感谢您决定添加一个高速 ADC 团队、看看他们是否有其他建议。

为了便于您了解、我的应用涉及医疗领域、为此、我寻求开发一种应用、通过检测从视网膜信号获取的生物特征来支持精神疾病诊断。 这种新的独特应用需要设计专用的电子印刷设备。

我想在同一电路中使用2个不同的光电二极管：第一个用于可见光、第二个用于宽频谱(300 - 1100nm)。 我想我会将 FDS100用于宽频谱光光电二极管、并将 FESH0700滤波器用于可见光、这两种滤波器均由 Thorlabs 制造。

请注意、我对 LMH32401的选择尚未停止、对光电二极管和抗 IR 滤波器的选择也未停止。 我建议您使用这些材料(光电二极管、滤波器、用于最大限度降低共模噪声的差分 ATI 以及具有 SPI 接口的差分 ADC)。

最后、采集频率最低为100kHz。

感谢你的帮助。

此致。

您好、Hasan、

请参阅随附的仿真文件。

我认为我不理解 LMH32401器件的工作原理和软件的工作原理。 请通过回答以下问题来帮助我。

关于 LMH32401器件、请向我解释 Vocm 引脚的作用。 您应该在何时给它一个值、就像在仿真中一样、以及何时应该将其保持打开？

同样、在实践中​​、要为数据表中提到的引脚 IDC_EN 和 VOD 提供哪些值？

请参阅随附的仿真文件 I performed.e2e.ti.com/.../Example_5F00_LMH32401.TSC

当我进行直流分析时、即使我将增益(20k 欧姆至2k 欧姆)更改为20k 欧姆、我获得 Vout += Vout-= 1.1V 是否正常？

请确认我获得的瞬态分析结果对于两个增益都是正确的。

请确认我获得的 AC Transfer Characteristic 结果也是正确的。

非常感谢你的帮助。

Andrianirina、您好！

• Vocm 引脚有助于确定器件的输出共模。 默认情况下、如果此引脚保持断开状态、则输出共模设置为1.1V、正如您在直流分析中看到的那样。 如果需要、您可以使用 Vocm 引脚更改器件的输出共模。  
• 如前所述、输出端的电压为1.1V、因为这是输出端的默认共模。 请注意、Vout+和 Vout-是相等的、因为您不提供直流输入。
• 根据您希望器件执行的方式、IDC_EN 和 VOD 引脚的使用方式由您决定。 我建议您浏览 LMH32401数据表的第7.3.4和7.4.1节。 此外、您还可以直接看到 IDC_EN 引脚在启用和禁用此功能的情况下在 TINA 中执行交流分析时的滤波效果。  

最棒的

Hasan Babiker

尊敬的 Hasan：

再次感谢您的回答以及您在解释过程中对我的耐心。

为什么在您的仿真和我的仿真中、在直流分析期间、即使我将增益(2千欧至20千欧)更改为2、我仍然具有 Vout += Vout-= 1.1V？

我将阅读 LMH32401数据表的第7.3.4和7.4.1段、以更好地了解这些 IDC_EN 和 VOD 引脚。

您写道：“如前所述，输出端电压为1.1V，因为这是输出端的默认共模。 请注意，Vout +和 Vout-都是相等的，因为您没有为 DC 提供输入“。 在这句话中，“您没有向 DC 提供输入”是什么意思？

在 LMH32401数据表中，该表被写为“仅当 LMH32401器件与吸收光电流的 PD 一起使用时 VOD 引脚才起作用”和“ALC 模式仅在 PD 吸收光电流时起作用”。 这些句子意味着什么？ 什么是灌入光电流的 PD？

Thorlabs 制造的 FDS100光电二极管是否灌入光电流？

我肯定会有更多的问题给你，因此我相信你会给予你通常的合作。 非常感谢。

尊敬的 Hasan：

感谢您的回复。

我已经阅读了数据表的第7.3.4和7.4.1节、但仍有一些事情让我感到很失望。 感谢您 回答我的问题。

由于 Vocm 默认设置为1.1V、即当我将该引脚保持断开时、我们必须在哪种情况下对其施加另一个电压？

能否将 IDC_EN 和 VOD 引脚直接连接到 GND？

如何使用您发送给我的 LMH32401模型通过 TINA-TI 对 LMH32401进行仿真来验证增益(2千欧或20千欧)？

最后、在 Vout +和 Vout-之间使用100欧姆电阻器时、我可以在 LMH32401的输入端注入的最大电流是多少？ 我想我可以达到100mA (因为100mA 钳位)、但这是一个先验的数字

始终依靠您的协作和快速回答、

此致。

Andrianirina、您好！

• 如果要更改器件的输出共模电平、您需要在 Vocm 引脚上设置另一个电压。 通常情况下、差分 ADC 具有您希望匹配的建议声级、例如、对于 ADS8861、您需要将其设置为 Vref/2以最大限度地扩大动态范围。  
• 是将 IDC_EN 和 VOD 引脚直接设置为 GND 将您的失调电压设置为0V 并启用直流消除功能
• 直流时 IG1电流设置为0V。 由于未提供输入、因此当您更改器件增益时、您将无法看到这些影响。 您可以通过调整 IG1向电路提供直流电流、也可以对电路执行交流分析。  
• 关于光电二极管的灌电流、请注意数据表中的图7.2。 光电二极管的阳极连接到负偏置、阴极连接到 LMH32401的输入、因此 LMH32401将提供电流来驱动光电二极管。 正如您提到过的、此器件具有100mA 的钳位电流、但实际上输出电压将以低得多的水平饱和。

最棒的

Hasan Babiker

尊敬的 Hasan：

我再次感谢您的回答、这对我非常有帮助。

如果 ADC 的动态范围未最大化、那么缺点是什么？
请在 ADC8861数据表中告诉我、哪个器件建议设置为 Vref/2以最大限度地扩大动态范围。
当您说 Vref 时、该 ADC8861引脚1吗？ 由于 Vref = 4.5V 的月份、因此我应该对其施加2.25V 的电压吗？

我将 IDC_EN 和 VOD 引脚直接连接到 GND。

我对电路进行了交流分析(具有电流脉冲)、并能够验证增益、报告 OUT_DIFF / 100欧姆。 这是我们应该采取的做法吗？
在另一个仿真中、如何通过调整 IG1来在电路中提供直流电流？ 是通过调节直流电平来实现的吗？

因此、从第一页 LMH32401数据表的图7.2中、是否建议在光电二极管在那里绘制时对其进行定向、即光电二极管的阳极连接到负偏置、而阴极连接到 LMH32401的输入？ 如果是、则 LMH32401通常应能够提供100mA 电流。 我弄错了吗？
否则、我将如何知道该器件将饱和的限制电流？ 我提出这个问题是因为这个问题的答案将决定我对光电二极管的选择。

感谢您、我希望您能在我计划在本周末工作结束时迅速做出响应。

此致。

Andrianirina、您好！  

我强烈建议您观看以下有关 FDA 与差分 ADC 接口的高精度实验室视频：

https://training.ti.com/ti-precision-labs-adcs-driving-sar-adc-fully-differential-amplifier?context=1139747-1140267-1128375-1139103-1128655

您将需要更大限度地扩大 ADC 的范围、以提高信号的 SNR。 您需要考虑这两个方面、从 ADC 侧到 FDA、在本例中为 LMH32401

1) 1)在 ADS8861数据表中、您将看到"输入共模范围"的典型值为 Vref/2。 一些 ADC 指定了所需的特定共模值、但该 ADC 并非如此、但在这种情况下、如果更改共模值、则性能将会下降。  将共模设置为 Vref/2将允许每个差分输入从0摆动到 VREF，从而为您提供2*Vref 的总范围(从-Vref 变为 Vref)。

由于您的共模处于中途、因此您能够利用 ADC 的整个范围。 但是、如果您要更改 ADC 的共模值(例如、将其更改为 Vref/4)、则必须减小差分摆幅、否则您将尝试将输入从 -1/4 Vref 驱动至3/4 Vref。 -1/4 Vref 超出 ADC 范围、因此您将丢失部分信号。   

2) 2)在 LMH32401一侧、您需要考虑器件可输出的最大电压。 是的、LMH32401能够为您的光电二极管提供高达100mA 的电流、但增益为2千欧时、您将尝试驱动0.1A*2000欧姆= 200V 的输出。 实际上、LMH32401只能输出 1.5Vpp 的电压摆幅、因此您将会更早地削波。  

在确定该器件的共模时、也存在相同的摆幅问题。 器件的每个输出都有特定的输出范围、因此如果未在输出的中途点设置 Vocm、您将无法获得器件的完整输出范围。 如果事实证明这是一个问题、您可以在 LMH32401之后添加另一个 FDA 级。

在仿真方面、是的、您可以通过调整直流电平来实现这一点。 请记住、LMH32401具有环境光消除功能、可过滤直流电、因此如果您需要直流差分输出、则必须在器件上关闭此功能。

最棒的

Hasan Babiker  

尊敬的 Hasan：

我始终感谢你的帮助。

我现在的理解要好得多、谢谢您！

我的设计归结于所附的图、我请您告诉我您是否批准了该图、因为您知道：

•目前、我已经选择 PHOTONIX 的光电二极管(带 P / N PDB-C156)、当- VBIAS =- 5V 时、其偏置电压将为负(以降低其容量并增加带宽)
•对于 LMH32401：VDD1 = VDD2 = 3.3V。 考虑到我选择了- VBIAS =- 5V、这是正确的吗？ IDC_EN 和 VOD 链接到 GND。 我将 VOD 连接到 GND 会产生什么后果？ 此外、根据 ADS8861数据表中的建议、VCOM = VREF/2 = 1.65V
•我根据 ADS8861数据表中的建议、根据 R1 = R2 = 10欧姆和 C = 1nF 为滤波器选择
•对于 ADS8861 VREF = 3.3V、AVDD = 3.3V、DVDD = 3.3V

非常感谢。

此致。

Andrianirina、您好！  

虽然此设计可以正常工作、但您可以执行一些操作来帮助提高信号范围、从而尽可能获得最佳 SNR：

1) 1)利用 LMH32401上的 VOD 功能。 否则、您基本上会暂时超出器件的总输出范围。 请阅读 LMH32401数据表的第7.3.4节、并使用公式1计算最佳 VOD 输入。 请注意、如果保持 VOD 引脚断开、器件将在内部为 VOD 引脚提供510mV 电压。

2) 2)在这里、您需要决定是否愿意添加第二个 FDA 级。 要利用 ADC 的整个范围、您需要将 Vocm 设置为 Vref/2 (此处为1.65V)、并具有从-Vref 到 Vref 的全差分输出。 这里的问题是 LMH32401的差分输出范围不是那么高、为了充分利用 LMH32401、最好将 Vocm 引脚设置为1.1V。  

因此、如果您愿意添加另一级、则可以将 LMH32401的 Vocm 引脚保持断开状态、并添加一个器件、例如 THS4551、其 Vocm 引脚设置为1.65V、以连接 ADS8861。 THS4551将配置为增益 LMH32401输出、从而实现 ADC 的全范围。

3) 3)如果您只想使用 LMH32401和 ADS8861、我建议将两者的 Vocm 引脚更改为1.1V。 这样、您就不会限制 LMH32401、但您将无法获得 ADC 的完整范围。  

最棒的

Hasan Babiker

尊敬的 Hasan：

感谢您发送电子邮件。

你的解释清楚而准确，我对此表示感谢。

我处于原型设计阶段、因此首先我将仅使用 LMH32401和 ADS8861。 在本例中、您建议将两者上的 Vocm 引脚更改为1.1V、这样我不会限制 LMH32401、但我不会获得完整的 ADC 范围。

"将两者上的 Vocm 引脚更改为1.1V"是什么意思？ 您在谈论什么"两者"、我到底应该怎么做？ 即使根据 LMH32401数据表、如果 Vocm 引脚断开、Vocm 默认为1.1V、我是否也必须将 Vcom 连接到1.1V 的电压？

您还会说、在本例中、我将无法获得 ADC 的完整范围。 那么、有哪些缺点呢？

最后、您能不能推荐用于我的应用的光电二极管。

非常感谢、祝您度过美好的新一周。

此致。

尊敬的 Hasan。

我已经回来了。

您还建议在 LMH32401上使用 VOD 功能、因为如果没有 VOD 功能、我基本上会将器件的总输出范围减小一半。 如果是、精度会降低、或者有哪些缺点？

因此、最佳解决方案是向 VOD 端子施加电压、但 LMH32401数据表第7.3.4节中的公式1存在问题：

其中：
•VOD =施加到引脚9的电压
•VOD =(VOUT–- VOUT +)
•RL =外部负载电阻

20 我没有记错、这个等式可以简化如下：VOD = 1.2 x VPD x (1/μ s)。 我是对的吗？

然后、我不知道 RL、因为对于 LMH32401之后的10个阻抗电阻器、我具有 ADS8861。 因此、我不知道等效的 RL 电阻。

我是否必须先修复 VOD 并计算 VOD？ 如果是、我应该如何选择 VOD？
还是应该修复 VOD 并计算 VOD？ 如果是、我应该如何选择 VOD？

由于我将检测到的光会发生变化、因此光电二极管吸收的电流也会发生变化、我是否必须每次更改 VOD？

您写信给我、如果我保持 VOD 引脚断开、器件将在内部为 VOD 引脚提供510mV 电压。 结果和/或劣势是什么？

能否将 VOD 引脚连接到 GND？ 如果是、结果和/或劣势将是什么？

最后、如果我要使用 LMH32401和 ADS8861、​​建议将哪些值应用于 VOCM (开路、0或1.1V？) 和 VOD (开路、0或什么值？)？ 为什么无法在 VCOM 上施加1.65V 电压？

期待您今天的回复、并感谢您的善意帮助、

此致。

PS：我能知道您在哪个国家/地区？ 我的个人电子邮件地址是 a.rktmll@gmail.com

Andrianirina、您好！  

• 是的、您可以将 LMH32401引脚的 Vocm 引脚保持断开状态。 请忽略我关于"两者"的说法。
• 如果不使用 ADC 的整个范围、则无法获得器件的完整分辨率。 您将使用更少的 ADC 代码来表示您的信号。
• 您可以使用 ADC 数据表中的输入结构来了解您的负载(图47)。 因此、使用两个96欧姆电阻器、两个10欧姆电阻器和两个内部10欧姆电阻器时、总差分负载为232欧姆。  
• 不需要不断更改 VOD、您可以设计最大预期输出以尝试保持信号平衡。 此外、您发布的等式似乎并不正确、因此我无法确认其有效性。  
• 将 VOD 设置为 GND 将使 LMH32401生成的输出减半。 如果您希望生成更高的输出、我建议将其保持打开或设置为更高的值。  
• 关于光电二极管建议、这取决于您的设计要求。 关于根据您将使用 LMH32401的知识缩小选择范围、请注意、该器件将开始削波超过750uA、并且在与负偏置光电二极管连接时效果最佳。   

正如我在前面提到过的、您之前发布的电路可以正常工作、我目前建议的建议是尝试并帮助您获得尽可能最佳的分辨率。 如果您想在本主题之外进行对话、可以通过 E2E 论坛向我发送一条直接消息。

最棒的

Hasan Babiker

尊敬的 Hasan：

再次感谢您的说明。

我相信我们已经一起完成了 LMH32401和 ADS8861之旅。 如果有任何疑问、我会随时向您发送。

您能否为我提供一个24位和1MSPS 或更高的差动 ADC、该 ADC 可与 LMH32401一起安装？ 还请为我提供两个器件之间的连接图。

再次感谢你。
此致。

Andrianirina、您好！  

如果您的要求仍然受到 SPI 的限制、我会参考 Collin 的建议：

"查看 ADS9224R 、了解我们速度最快的 SPI ADC 之一、或 查看 ADS8900B 、了解我们最精确的1MSPS 产品。  两者都具有全差分输入。"

最棒的

Hasan Babiker

尊敬的 Hasan：

感谢您提出的建议。

没有带 SPI 接口的24位1MSPS 或更高差动 ADC？ 我提出这个问题，是因为你的建议是16和20位。

感谢您的持续帮助。

此致。

Andrianirina、您好！  

否、ADS8900B 是最精确的1MSPS SPI 产品。 对于具有 SPI 的24位器件、最快的似乎是 ADS127L01、其采样速度为512ksps。

最棒的

Hasan Babiker

尊敬的 Hasan：

我回来问您是否可以将 VOD 固定为0.75V (LMH32401的引脚9上的电压)？ 我提出这个问题是因为我不知道电路(R、C)和 ADC (ADS881)的等效阻抗、所以我不能使用 LMH32401数据表第21页上的公式1。

我还有其他问题要问你。

此致。

Andrianirina、您好！  

是的、您可以确定 VOD = 0.75V、数据表的方程式1似乎存在误差、其中分母上的 RL + 20应该是错误的。 这是因为内部10欧姆电阻器将在输出端发生分压。 请注意、这不仅会影响 VOD、还会对输出进行分频。 请注意、数据表中的所有规格的额定负载为100欧姆、而对于较大的负载、您将能够实现大于1.5Vpp 的摆幅。  

总之、0.75V 固定电压应该能够正常工作、以实现光电二极管的最大摆幅。 我想说、仅当您在 LMH32401之后添加另一个 FDA 级时、VOD 电压才是一个问题。 这是因为最好平衡您的输出摆幅、并且您可以将 VOD 设置为光电二极管的任何峰值输出电压(在这种情况下、您需要测试光电二极管以找出这一点)。

最棒的

Hasan Babiker

尊敬的 Hasan：

感谢您的盛情款待。

我将使用光电二极管(PD)来提供光电流、因为此器件由客户施加。 它将是 THORLABS 的 DFS100。

但根据 LMH32401数据表的第7.3.4节：仅当 LMH32401器件与灌入光电流的 PD 搭配使用时、VOD 引脚才起作用。 当 LMH32401器件与提供光电流的 PD 连接时、设置 VOD = 0V。

此外、根据同一数据表的第7.4.1节、LMH32401器件具有集成的直流消除环路、可消除附带环境光产生的电压偏移。 ALC 模式仅在 PD 灌入光电流时工作。 通过将 IDC_EN 设置为低电平来启用直流消除环路。

因此、由于我将使用一个为光电流供电的 PD、如附加设计(电路由 Photolab 给出)所示、我将设置 VOD = 0V 并将引脚5 (IDC_EN)连接到 GND。 我是对的吗？

VOD = 0V 且 IDC_EN = 0V 这一事实给我的应用带来了哪些负面影响？ 知道我必须使用此 PD、您有哪些建议？

再次感谢您的友好帮助。

此致。

Andrianirina、您好！  

LMH32401专为与灌电流光电二极管配合使用而设计、使用拉电流光电二极管时性能会受到限制。 对于另一个用于为光电二极管供电的集成式跨阻器件、您可能需要查看 OPA857。 根据所需的相位裕度、您可能需要添加一些反馈电容、因为 FDS100具有高输入电容。

最棒的

Hasan Babiker

您好 Hasan、

感谢您的善意回应和建议。

我之所以选择 LMH32401、是因为它是差分放大器、允许我将共模噪声降至最低。

如何使用 OPA857最大程度地降低共模噪声？ 我可以将哪个 ADC 与该 TIA 配合使用？

您是否有任何其他可与 FDS100陶瓷二极管搭配使用的 TIA？

此致。

Andrianirina、您好！

在本例中、"共模噪声"是什么意思？

由于 LMH32401采用单端到差分配置、因此光电二极管的噪声将转换为差分信号。 如果您要使用差分输入传感器、则使用 FDA 会很有用、因为这样可以最大程度地减小来自传感器的共模信号。

OPA857的使用方式将取决于您决定使用的 ADC。 如果您想坚持使用差分输入 ADC、可以在 OPA857之后添加 FDA 级、也可以切换到单端 ADC 器件。

最棒的

Hasan Babiker

我永远不会停止感谢尊敬的哈桑的答复。

我更愿意向您概述我的设计目的、以便您能够更进一步地向我介绍一下、并告诉我到目前为止我所做的工作是否可以作为解决方案：

•我有一个光、我想将其转换为 SPI 信号。
•因此、我将使用光电二极管捕获该光。
•光电二极管将光转换为电流、然后由差分 TIA LMH32401放大。
•接下来、我将把 LMH32401的差分输出电压转换为 SPI 信号。

我将电源上的共模噪声称为噪声、而不是光电二极管上的噪声。

与使用非差分 TIA 相比、使用 LMH32401差分 TIA 有哪些优势？

在您看来、我的设计到目前为止是否已经完成了：光电二极管吸收光电流(但不与提供光电流的 FDS100搭配使用)、使用 LMH32401和 ADS8861可以实现我想要的功能？

感谢您的宝贵帮助。

Andrianirina、您好！

• 采用 LMH32401等差分 TIA 的主要优势是无需添加额外的 FDA 级即可与差分 ADC 连接。 全差分放大器还能够使用更低的电源(使用 LMH32401中的 VOD 功能)实现更大的输出摆幅。 根据所使用的 ADC、可能需要在 LMH32401之后添加 FDA 增益级、而无需考虑 ADC 的整个范围。 LMH32401还具有其他器件不具备的环境光消除功能。  
• 关于电源产生的噪声、您可以参考器件的 PSRR 规格。
• 您应该能够将 LMH32401与 ADS8861连接在一起、但需要 FDA 增益级才能实现 ADC 的全范围和 SNR。 不确定您是否有任何特定的 SNR 要求...

最棒的

Hasan Babiker

尊敬的 Hasan：

感谢您的回答和解释。

我没有特定的 SNR 要求。 根据在该原型中获得的结果、我们将优化规格。

总之、您能告诉我该设计是否起作用？

此致。

Andrianirina、您好！

您可能需要根据您的特定要求对设计进行微调、我建议您先让所有内容都在仿真中工作。 您可以浏览 此系列 、了解有关如何设计用于 ADS8881的电荷桶滤波器的指南。 但是、如果您不关心 ADC 的全部性能、LMH32401和 ADS8881无需额外的 FDA 即可协同工作。  

最棒的

Hasan Babiker

尊敬的 Hasan：

如何对组件"photodiode - LMH32401 - ADS8861"进行仿真？ TI 是否有这方面的仿真器？

此致。

Andrianirina、您好！

您可以为此使用 TINA-TI。 请看我在上一篇文章中链接的视频系列。  

看起来 ADS8861具有 TINA 模型、因此无需构建输入结构。

最棒的

Hasan Babiker