[参考译文] INA240：使用 INA240A1提高电机控制的电流采样精度

尊敬的 Eric：

您的输入信号是什么？

您是否看到 ADS7853的偏移误差高达1mV (=26LSB)？

Kai

感谢你的答复。

在某些工作条件下、偏移误差不会始终波动。

我的重点是、哪些问题会影响采样波动、例如降低功率噪声。

谢谢。

尊敬的 Eric：

输入低通滤波会有所帮助。 请参阅数据表的第9.1.1节。 顺便说一下、如果您的输入信号表现出大量高频共模噪声、那么我不仅会使用图32所示的差分输入信号滤波器、还会使用共模输入信号滤波器。 但请仔细设计、否则可能会破坏 INA240极高的低频共模抑制。

另一点：图24显示、INA240在频率高于1kHz 时变得越来越非线性。 这可能会使 INA240在某些情况下的行为有点奇怪。 失真本身就不是问题所在、但互调产品可以在非线性条件下产生、这些非线性会折返到信号范围内。 考虑一个包含频率 f 和 f'(所需或不需要！)的输入信号 它们由 delta_f 隔开、则频率为 delta_f (和其他)的互调产物可能会在输出信号中显示、无法通过任何滤波再次消除。 因此、只有严格的输入低通滤波才能有所帮助。  

您能否显示一些示波器图(INA240的输入信号和输出信号、电源电压...)？

Kai

嗨、Eric、

很抱歉耽误你的回复。 我有一些一般性问题、我认为这些问题有助于理解该电路的误差分析。

1. ADC 以何种时钟模式运行？
2. 采集时间是多少？
3. 转换时间是多少
4. 我假设 INA240上的4位误差为1.22mV 输出误差。 4*5V/(2^14)=1.221mV。 对吧？
5. 3mΩ Ω 分流电阻器的容差是多少？
6. 当误差为4位时、电机电流电平是多少？
7. 电机电流占空比和频率是多少？
8. 如何测量电机电流以确定4位误差？

ADC 的电荷桶滤波器(R28、R427、C237)可能是一个非常重要的误差源。 这些组件需要仔细选择，以便在采样时为 ADC 提供足够的电荷，但不会与 INA240的 ZOUT (闭环输出阻抗)产生负面影响，从而造成不稳定。 下面是一些有关 INA240 ZOUT 外观的数据：

我们还不能排除基本的直流误差源。 根据时钟模式、ADS7853显示了+/-1mV 的输入偏移误差和+/1mV 至2.5mV 的非线性误差。 此外、分流电阻器容差和 INA240失调电压可能会影响精度、具体取决于电机电流。

希望这对您有所帮助

Peter Iliya

谢谢 Peter。

1 μ A ADC 以、时钟模式运行；

2、采集时间为50us；

3、ADC SCLK 的通信频率为15MHz；

4、4位误差在 INA240上为0.8mV 输出误差、因为基准电压为3.3V；

、Ω 3mΩ Ω 分流电阻器的容差为±1%；Ω

6 μ A 当、PWM 的信号闭合时、这意味着输出电流为0、容差误差为4位。

7 μ s PWM、为10kHz；

8、该误差是在 PWM 信号关闭时测量的；

现在、我的目标是在电机控制干扰关闭时将系统误差控制为0.3mv。

我想知道 INA240A1和 ADS7853是否可以满足此要求。 或高精度检测的最大障碍是什么。

您能提供一些偏差吗？  

谢谢。

我尝试使用 ADS8353 (16位)、信号误差的波动没有改善。

噪声级别 与 ADS7853大致相同。

 很明显、INA240和 ADS7853的偏移误差超过1mV。

但失调电压与噪声不同。我的理解是否正确？

另一个问题是 INA240无法 驱动大容性负载、ADC 希望使用更大的驱动电容。

解决这些矛盾是否有好办法？

谢谢你。

埃里克

0.8mV 输出误差不大、尤其是在针对这个应用未正确调整电荷桶滤波器时。 这是一个更深层次的主题，但下面提供了一些链接来解释它，其中包括一篇文章和一个指向 TI 免费培训视频和实验室的链接。

https://www.planetanalogue.com/optimizing-sar-adc-driver-amplifier-and-rc-filter-circuit-settling-using-spice/

https://training.ti.com/ti-precision-labs-adcs-final-sar-adc-drive-simulations-lab

首先、让我们考虑直流误差源。 当电流为0A 时、您的电机电压是多少？ 那么、当负载为0A 时、INA240的输入共模电压是多少？ 如果我考虑最大初始偏移(25uV)、最大 RVRR 偏移(20uV/V)和最大增益误差(0.2%)、我计算出 VOUT = 1.650841V。 这相当于4.178 LSB 误差。 请参阅随附的显示计算结果的电子表格。 您可以在 以下位置了解这些误差计算：e2e.ti.com/.../3617.INA240-error.xlsx

https://training.ti.com/getting-started-current-sense-amplifiers

http://www.ti.com/lit/an/sboa336/sboa336.pdf

该误差不包括因温度漂移、任何输入滤波器误差(未在数据表中显示)或直流 CMRR 而产生的偏移。 我不能包含 CMRR 偏移误差、因为我不知道 VCM 是什么。

降低直流误差的一些选项包括：

• 使用 A2或 A4 INA240型号、它们具有最低的指定 RVRR 值。
• 校准0A 负载时的直流误差。

我的其他建议是：

• 在 INA240和 ADC 的 RC 电荷桶输入滤波器之间插入一个缓冲器。 使用具有足够带宽和低失调电压的运算放大器。 这至少会证明存在来自非最佳 RC 滤波器的误差、因为良好的运算放大器不需要非常具体的 RC 值。 OPA320或 THS4551是不错的选择。
• 如果 RC 滤波器是问题所在、并且您无法插入缓冲器、则可以使用 SPICE 仿真和上面链接中显示的分析来确定 INA240和 ADC 的最佳 RC 值。 如果您需要有关帮助、请告诉我。

但愿这对您有所帮助。

最棒的

Peter

尊敬的 Eric：

您的线程与此线程有关系吗？

Kai

是的、我在寻找 TI 当地 FAE 的支持。

关于这一点、我犯了一些测试错误。

当电机移动时、无论采样精度是否变差、

我现在没有一个非常精确的仪器来校准它。

现在、我要尝试验证这个。我现在的主要目标是

提高系统的采样精度、无论是静态的还是动态的。

谢谢、Kai。

谢谢 Peter。

我会仔细考虑你的建议。我也有一些关于运算放大器的问题。

在特定温度下、INA240和 ADS7853的失调电压是否会 随时变化？

如果没有、我可以通过校准来补偿失调电压误差。那么偏置电压与采样噪声有很大关系吗？

当 PWM 信号闭合时、共模电压浮动。

在这种情况下、实际测量的共模电压不超过10V

您好 Eric、

自您上次回复后已经一周了、因此我希望您能够解决您的问题。 如果您需要更多帮助、请回复、我们可以继续提供帮助。

此致、

Ian Williams
应用经理
电流检测