[参考译文] TINA/Spice/INA333：INA333

尊敬的 Andy：

您的原理图有几个问题。

引脚5上的 REF 电压必须低电平提供、而不是由分压器提供。 否则、您将破坏差分放大器部分的对称性、而 INA333无法再正常工作。 数据表的图32和33显示了如何实现这一点。

2.如果传感器的输入电压为双极、则输出电压需要摆动 REF 电压。 如果 INA333的电源电压是单极的(单电源)、您应该在电源轨之间将 REF 电压上移得足够高。 另一方面、如果 REF 电压应为0V、则应使用双极电源电压。

3.如果来自传感器的输入电压为单极、则输入电压应为正(Vin+>Vin-)。 如果为 INA333使用单电源、请记住、输出电压不能完全降至0V。 因此、您可以使用大于0V 的 REF 电压来提升输出电压、也可以使用(小)负电源电压。  

Kai

您好 Kai：

这是一个单电池应用、因此我的电压电源是单极的。  我将更改我的基准电压以包含单个运算放大器、并移动基准电压、以便我的输出可以在我期望的范围之间摆动。

第三点、我的输入电压是单极的。  随着应变仪的变化、我是否需要确保输入电压(假设我将电桥值设置为 Vin+需要始终超过 Vin-的值？  因此、我是否需要确保对于我的应变仪范围的所有值- VIN+始终大于 Vin-？

谢谢你

Andy

尊敬的 Andy：

我之所以这样写、是因为在您的仿真中、您的输入电压是 Vin+< Vin-。 如果输入电压是单极的并且始终是 Vin+< Vin-、这可能不是您想要的... 不需要、您无需确保这一点。

Kai

尊敬的 Andy：

使用 INA333可以获得系数530的增益。 我选择了400mV 的 REF 电压和3.4V 的单电源电压：

Kai

您好 Kai：

感谢您为我提供此信息-正如我放弃了芯片。  我一直在使用模型和一些参数-现在我似乎可以看到线性化。  您是否知道是否有方法可以同时改变两个输入参数(例如、R5和 R6在相反的方向上)并绘制输出？

此外、您如何实际选择输出-因为我尝试插入'output'并且无法使其正常工作？

谢谢你

Andy

尊敬的 Andy：

TINA-TI 的行为有时有点奇怪。 更改某些组件值或分析参数会有所帮助。

通过使用一个电位计来改变 R5和 R6、此电位计在执行直流传输特性时被单步通过。 我向您展示如何：

我忘记为您提供 TINA-TI 文件：

e2e.ti.com/.../andy.TSC

e2e.ti.com/.../andy1.TSC

Kai

您好 Kai：

感谢您这么做。  我将测试电路并告诉您我是如何制造的。  您能否告诉我为什么使用两个1欧姆电阻 R4和 R7？

谢谢你

Andy

您好起亚：

好的-谢谢提醒我。  在您的帮助下、我终于让电路正常工作了。 我还让模型工作。  我注意到、电路对从冷启动(非上电位置)的初始启动非常敏感。  我看到的是输出电压从初始的1.85伏(我的理想电压为 POT 的50%)变化、然后在不进行任何调整的情况下下降。  我怀疑是组件预热、从而改变了它们的属性。  您是否有任何建议来最大限度地减小此启动变化？

我已经测量到、它需要大约20分钟才能稳定下来。

谢谢你

Andy

您好 Kai：

我想了同样的东西、但在进一步调查中-我认为它可能是我的电桥电路电压基准。 我使用 TL431使用两组基准。  一个为 INA333生成3.35V、另一个为桥生成2.485V。  几个月前、我通过这种方法来使电池(例如、3.7V)供电时的电路稳定下来。  现在我非常仔细地看一下、TL431可能会发热、并且根据其温度与基准电压-随着温度的升高、电压会下降(例如加热)。  这随后反映在不断变化的输出电压中。

我使用的应变仪与 HBM - https://www.hbm.com/en/4561/ly-linear-strain-gauges-with-1-measurement-grid/中的"LY13 - 6/350"类似

我使用的是350欧姆的铝质电阻器。

谢谢你

Andy

您好 Kai：

以下是我在一段时间(分钟)内测量的输出电压以及 TL431电压源提供的电桥电压的两个屏幕截图。

如您所见-它们都发生了变化、我怀疑电桥电压源会影响输出。   

谢谢

Andy

e2e.ti.com/.../INA333-Time-Test.pdf

尊敬的 Andy：

在20分钟内从1.85V 输出电压到1.3V 的转换非常大、而且绝对异常！

电桥电压从2.4916V 转换到2.4906V 不能解释这种巨大的变化、因为这种变化仅为1mV、并通过电桥的作用转换为更小的差分输入电压漂移。

在查看测量结果时、我首先想到的是、电桥似乎有点不平衡。 在具有完全平衡电桥的空闲情况下、您应该会看到一个与 REF 电压相似的输出电压：

为了仿真电桥电压漂移的影响、我搜索了 POT 设置、结果输出电压为1.85V：

然后、我将电桥电压从2.4916V 更改为2.4906V：

输出电压从1.85V 变为仅1.84974V、这一点不足为奇。 简单的心理估计显示了相同的结果。

INA333的任何参数的任何其他漂移都无法解释这种巨大的输出电压漂移。 只需用0.1%/ 25ppm 的精密电阻器替换应变计和 R1和 R2、即可检查裸片 INA333的性能。 如果 INA333未损坏、您将很难看到如此巨大的输出电压漂移。

我认为您的应变仪有问题、最终是 R1和 R2。 即使它们仅加热很小、您也可能会看到输出电压发生相当大的变化。 尤其是在电桥加热不均匀的情况下。 您是否已将应变仪直接粘在金属表面上、以便金属表面可用作散热器？ 两个应变仪是否完全处于相同的温度？

您使用两个单独的应变仪、对吧？ 如果它们差异过大并显示不均匀漂移、会怎么样？ 您是否考虑过使用完整的应变仪桥、其中所有应变仪都是由相同材料制成的、而不是使用单独的应变仪？

Kai

抱歉、我忘记了：

e2e.ti.com/.../andy2.TSC

Kai

您好 Kai：

首先、我很惊讶您是在星期六工作的、因此非常感谢您给我发送了上面的注释。  我看到你们做了什么、我很高兴听到你们认为电路中存在一些不平衡。  让我回答一些问题、并告诉您我要做的事情：

在我测试 INA333时、我不想粘附应变仪、因此无法再次使用它们。 因此、我暂时将它们放在一 个非常大的外壳中的"自由空气"中、使其处于受控环境中。  外壳的尺寸是电路板尺寸的许多倍-因此外壳内不会过热。  因此、我要说它们的温度与它们在彼此接近的1 CM 内完全相同。

2.是的、我使用两个单独的应变仪-它们是相同的(几个0.1欧姆)。  我使用两个、因为我想通过将它们放置在弯曲的小矩形条的相对侧来最大程度地提高应变输出。  这样、它们会在相反方向应变-将有效应变加倍、并通过将它们放置在电桥的同一侧来进行温度补偿(例如、上面电路中的 R5/R6)。  应变仪由与导板(铝)相同的材料制成。

根据您的意见-我现在将移除应变仪并将其替换为固定电阻器以进行测试。  我认为我没有上面提到的精度和温度系数、但会得到我安装过的最好的结果并重新执行测试。  请注意、我发现必须添加一个2欧姆电阻器(与 R6接地串联)、以补偿现有电路中 R1/R2的变化。

我将告诉您我最终得到的结果。

谢谢你

Andy

您好 Kai：

我很高兴看到这很有趣-因为我也认为这是一项挑战、要想正确解决这个问题！  我对现有的内容进行了进一步测试、请参阅随附的 PDF 以了解结果。

测试45：我省去了350欧姆应变仪、并将280欧姆1%电阻器放置到位(这就是我必须使用的所有电阻器)。  如您所见、结果稳定到一个更好的值、但仍然需要时间才能实现稳定。  我注意到电桥电压有相当多的随机性-随着时间的推移、电桥电压会稍微降低。  另外、经过大约140分钟的观察、我决定重新启动我的程序(未循环通电)、它会自动调节基准电压、为我提供1.85V 的输出。  您将看到结果。

测试46： 我决定消除第二个单独的电桥电源电压、并在电桥顶部放置一个大约135欧姆的串联电阻器、该电阻器由为 INA333供电的相同电压供电。  然后、当电路达到室温时、我运行了测试。  您将注意到、我同样地将电压(输出)降至稍低的值、然后测试45 -但电桥电压这次上升-并且随机变化较小。   我在30分钟后重新启动电路-您会看到它非常稳定。

现在我想、电路达到"温度"需要大约10分钟、然后会出现微小的漂移。  理想情况下、我希望它能更快地实现！

我要尝试的下一个测试是直接将电桥电压连接到提供给 INA333的电压、而不使用串联电阻。

非常乐意倾听您的想法、了解导致这种初始漂移的原因以及我可以采取哪些措施来进一步减少漂移。

谢谢你

Andye2e.ti.com/.../Test-45-_2D00_-46.pdf

您好 Kai：

我将看一下这篇文章、并尝试降低流经电桥的电流。

谢谢！

Andy

您好、Zak：

当凯安与他分享他对通过桥梁的电流的关注后、我一直在寻求对其进行修改。  我现在将总电流限制为2mA -因此电桥每侧为1mA。  由于我无法改变 INA333电路-因为它焊接在位-我移动到了一个类似的芯片、我今天早些时候在一个8引脚 DIP 中使用了 INA122。  我已经将其放在试验板上、现在使用固定电阻器作为起点来测试稳定性。  我查看了 INA122的输出电压与共模间的关系应用-并将 Vin +和 Vin -置于图表的中间范围内。  在查看他与我共享的应变仪示例项目的数据表时、我还注意到我的电流电压源(TL431)可能会导致明显的随机噪声(如我先前与 Kai 共享的电桥电压图之一所示)。  现在、我正在认真考虑从 TL431转向使用 REF5XX 3端子串联电压电源来进行设计。

是的、我的基准电压是芯片在其输入中看到的电压。  Per Kai -上周我停止使用固定电阻器、因为它干扰了 INA333内部电阻器。  我要使用的是由 Tensy 3.6提供的12位 DAC。   该芯片允许我通过它的16位 ADC 输入读取多个输入-因此是我的读数。  我还测量 Vref -我发现它非常稳定-因此不会立即成为误差源。  

在我配置 INA122之后-我进行了一些初步测量、到目前为止看起来不错。  因为我的问题是电路组件的初始预热-我需要让电路在夜间达到室温、然后在早上从冷启动开始再测试一次。  我希望它能为我提供我一直在搜索的稳定读数、然后使用两个应变仪对其进行测试、以查看温度对它们的影响。

如果这一切正常、那么我将使用 INA333并为我的电路提供3个端子电源。

非常感谢 TI 迄今为止为我提供的支持！

Andy Basacchi、P. Eng