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[参考译文] INA2321:INA2321共模范围与 REF 电压间的关系

Guru**** 1931890 points
Other Parts Discussed in Thread: INA2321, INA321, INA2331
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/757172/ina2321-ina2321-common-mode-range-vs-ref-voltage

器件型号:INA2321
主题中讨论的其他器件: INA321INA2331
您好!
我正在开发一款产品、该产品将使用两个压力表、这两个压力表连接到 INA2321的每个放大器(如果结果太慢、则为2331)。
我之所以选择该放大器、是因为我具有非常高的低功耗限制、并且它具有睡眠模式。 我将在一秒内唤醒它20µs 2000次、并在唤醒它大约10 μ s 后开始执行测量、然后返回到睡眠状态。
监测计具有电阻性、因此与数据表的图2完全匹配。
放大器和监测计的电源为2.8V。 因此 VCM 将为1.4V (最大 I Guess 为+/-5%)。
最终增益将介于10和20之间、但仍未确定。
不需要高精度(1%可以、甚至5%……)、因为我需要进行检测、而不是精确测量、但我需要低功耗和快速放大器。 因此、我想使用 INA2321、即使我在输出电压完全稳定至非常接近最终值(0.1%或0.01%、对我来说无用)之前开始测量、我也会实现我的时序。
我将主要以一种检测方式使用监测计(例如、积极方式)。 负差在测量方面对我来说并不是很重要、但我仍然需要在负范围内检测传感器的漂移变化、偏移、大气变化等。 我将使用低功耗放大器缓冲的2微控制器 DAC 输出驱动每个放大器的 REF 引脚。 我将设置 REF 电压、以便在测量仪表未受压时获得大约0.3V 的零输出值。 REF 电压将由软件确定、以便将空闲输出电压保持在0.3V 左右。 我尚未计算应用所需的 REF 电压范围、但我认为它可能会达到1V。
我的问题:
我对给出的有关 REF 电平和输入共模电压范围的解释有一些疑问。
我读出 VCM 最大值为 Vs-1.2V、因此在我的情况下为1.6V、高于 VCM、因此没关系。
但我不理解共模电压与基准电压的特性以及公式 Voa1= VCM*5/4- Vref/4。
请告诉我它会如何影响我的电路吗? 在本例中、VCM 将始终等于 Vs/2 +/-5%。
我的另一个问题:如果输入正差太高(过压),您能否确认输出将在 Vs=2.8V 时饱和,并且不会下降到 VSS 或任何不相关的电平?
谢谢
Aurelien
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    Aurelien、

    正如您正确地指出的、INA321的输入共模电压范围为(V-)+0.35V 至(V+)-1.2V、 因此对于 Vs=2.8V 电源、这意味着 VCM_max=1.6V; 但是 、输入范围的上限和下限受放大器 A1输出摆幅的限制、对于增益5、根据以下公式、是基准电压的函数:VOA1 = 5/4 VCM - 1/4 VREF -请参阅下文。  

    在您使用10或更高增益的特定情况下、您无需担心违反这些限制。   对于您的条件、当 INA321电源 Vs=2.8V 且增益为10时、有效输入差分电压范围为-27.5mV 至+130mV -请参阅下文。

    请下载用于仪表放大器的免费 VCM 与 Vout 计算器:  

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    感谢您的快速回复。

    我将检查仿真、很抱歉我没有考虑这个。

    我现在休假了、我将在回来后恢复项目。

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    您好!

    我已经下载了 VCM 计算器、这适用于配置为 VCM 的情况。

    但我不理解右侧所示的输出电压最小值和最大值(Vout 最小值和 Vout 最大值)。 我看到最大输出电压固定在1.6V,它是绝对输出电压(为什么在1.6V 时达到饱和?) 或以 REF 信号为基准的输出电压(为什么不能低于25mV)????

    谢谢

    Aurelien

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    Aurelien、

    仪表放大器中 Vout 与 Vin 限制的原因与内部节点的电压范围限制有关(请参阅下面的 VF1和 VF2)、这些电压是电源电压、增益、基准和输入共模电压的函数。

    在 1.6V 时限制 INA321 Vout 的上限范围(Vout=Vref+GAIN*Vin_diff =0.3+10*0.13)是 VF2线性、而在低侧、 25mV 的最小电压来自输出运算放大器的输出摆幅限制(任何运算放大器输出都可能摆动到其电源轨)-见下文。

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    您好!
    我使用 INA2331进行了第一次测试。 有两项意见,我相信这些意见很重要:

    输出电压限制
    您告诉我输出会在1.6V 时饱和、但这不是我看到的...
    我已将 Vref @~0.5V。 我看到输出可以线性上升到~Vcc (在我的例子中为2.8V)。

    一些测量示例(VREF=0.510V 恒定电压、增益~ 10)
    VIN (DIFF)= 12.27mV => Vout = 0.634V (OK)
    VIN (DIFF)= 49.01mV => Vout = 1.003V (正常)
    VIN (DIFF)= 142mV => Vout = 1.933V (OK)
    VIN (DIFF)= 212mV => Vout = 2.640V (再次正常)

    2.关断至活动状态
    在数据表中、有一个"关断 TRANSCIENT 行为"图显示输出在少于20µs μ s 的时间内设置。 但在本例中、我测量的是150µs。

    当在测量之间不打开/关闭放大器时、当我打开传感器时、输出稳定时间小于10µs μ s (对于 INA2331稳定、5µs μ s + 5µs μ s 对于 DAC 稳定的 REF、后跟1MHz 缓冲放大器)。 如果我在测量后关闭 INA2331并在测量前将其打开(同时启用传感器电源和 DAC REF)、那么稳定时间为150µs μ s!
    对于此测量、Vref = 0.510V、Vin (diff)=-3.75mV、增益= 10 (当输出稳定时、我测量0.472V)。

    没有睡眠模式的第一个屏幕截图(绿色=传感器电源;蓝色= Vref;黄色=输出)

    在启用睡眠模式的情况下:

    欢迎解释:)

    谢谢
    Aurelien

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    我们的仪表放大器 Vout 与 VCM 工具存在误差、这会错误地限制增益10和更高时从正电源轨的 Vout 摆幅-这假设仅在增益小于10时发生-请参阅下面的。  感谢您将此事提请我们注意。  

    对于增益为10的情况、 输出通常应在任一电源轨的25mV 范围内摆动。

    关断至激活模式是指使用使能引脚、但屏幕截图似乎显示加电/断电情况-这两个完全不同的事件。 话虽如此、数据表中唯一的时序规格指定了稳定时间和过载恢复时间-请参阅下文。

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    您好 Marek、
    对于睡眠模式条件、我使用使能引脚。 INA2331电源稳定、睡眠期间仅禁用传感器电源和 DAC (VREF 驱动)。 这就是我被我的观察所困扰的原因!

    Aurelien
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    Aurelien、

    数据表中显示的关断瞬态行为图假设输出始终在 INA2321线性范围内驱动、并且仅切换 VSD。 但是、在您的情况下、您还禁用了传感器和 DAC 基准、这会导致输出在过载恢复发生之前根据其正电源轨饱和(请参阅下文)。

    这与下图所示的情况完全不同。 如果要重复计时、必须在仅切换 INA2321的 VSD 引脚时使传感器和基准保持活动状态。

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    您好!

    您能否解释一下在这种情况下、我在饱和后为什么会有如此长的恢复延迟? 我们将在最大输出端讨论100µs μ A、然后在70µs μ s 期间缓慢下降、然后出现新的饱和、然后输出立即变为正确。

    我们在 这里不讨论正常模式和睡眠循环模式之间的微小时间差...

    此致

    Aurelien

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    一旦您允许 INA2321的输出级在非线性区域中运行、过载恢复时间可能会有很大的变化、具体取决于确切的电路条件、例如增益、过驱量、温度、过程变化、负载(您驱动什么?)等 因此、您应该确保首先打开传感器电源和基准电压并在切换 INA2321的使能引脚之前线性运行、以防止其输出被驱动到电源轨、这会导致较长的恢复时间。
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    您好!
    我将 INA2331替换为 INA2321、情况更好:
    -我不再在输出端具有饱和行为(实际上、现在我在离开睡眠模式时的响应比保持 INA 通电更好)
    输出噪声降低2倍甚至3倍

    较低的压摆率对我的应用仍然有效、因此我想我现在将继续使用此参考进行测试...

    Aurelien