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[参考译文] INA185:INA181、INA213-C 和 INA351 - CT 以及4-20mA 测量电路成本优化设计的规格和选择

Guru**** 1122710 points
Other Parts Discussed in Thread: INA181, INA281, INA351, INA185, INA213, INA191, INA190
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/1254075/ina185-ina181-ina213-c-and-ina351---specifications-and-selection-for-cost-optimized-designs-for-ct-as-well-as-4-20ma-measurement-circuits

器件型号:INA185
主题中讨论的其他器件:INA351、INA181 、INA281、 INA213、INA191INA190

尊敬的社区:

我们正在 处理2个高度成本敏感型应用用例、其中我们必须 测量 与模拟信号电路串联的电阻器上的压降。 信号电路和测量电路都具有单独的接地和电势电压。

因此、根据我们目前为止的初步研究、我们正在探索 TI 建议的电流感应放大器(CSA - INA181、INA185、INA213-C)和仪表放大器(IA - INA351)、它们的成本得到优化、精度更高、尺寸更小且总体解决方案尺寸更小。  对于数据表的解读和选择是否合适、我们有疑问。

我们的查询:

数据表规格解释-典型值还是最大值?

在 INA181的数据表中、我们应该考虑成本优化设计的典型值还是最大值?

在数据表中发布的图形中、运算放大器输入 失调电压的低概率极值为±500µV μ V 至240µV μ V、与规定的280µV μ V 最大失调电压限值不匹配。 增益误差值也是如此。 我们在这里的解释中遗漏了什么?

对于我们的用例、优化成本的选择是关键、请参考什么?

可能通过零基准校准消除失调电压误差:

在 AFE 信号链中实施单个零基准校准能否更大限度地减少器件间的失调电压误差? 在 ADC 输入为0-3.3V 单极正范围的实际电路中、预计误差减少多少?

——

现在请考虑以下用例:

4-20mA 接收器电路:

系统规格:

  • 电流:4-20mA (单极直流波形)
  • 电压:
    • 电流回路:0-36V (可接受0-24V)
    • 测量电路:0-3.3V
  • 带宽:最大1kHz
  • 分流电阻器:在0.5mΩ Ω 到160Ω Ω 之间
  • 误差预算:0.2-0.4%

如果选择 INA213-C (相对于 INA181的失调电压和增益误差得到改进)、这些误差计算是否正确?

关键错误预算:

  • 增益误差:
    • 0.02%(典型值)、
    • 0.5%(最大值)
  • 偏移电压:
    • ±5µV μ A (典型值)、
    • ±100µV μ V (最大值)
  • 后置零点基准校准:
    • 总误差:~0.1%至0.75%(主要由增益误差决定)

器件选择- INA213-C 与 INA185:

考虑到 INA213-C 和 INA185与 INA181相比具有更好的性能(Voffset 和增益误差)和预算优势、它们是否是合适的选择?

电流互感器设计:

系统规格:

  • 带宽:1kHz、
  • CMV:<5.5V、
  • 电流:0-30mA (双极交流波形)、
  • 负载电阻器:0.5mΩ Ω 至50Ω Ω
  • 误差预算:0.2-0.4%

考虑 INA181、INA185和 INA213-C。 假设通过零基准校准将 Voffset 最小化、INA351是否适合测量 CT 的负载电阻器压降? 评估 INA351时是否会忽略某个参数?

此外、考虑到 INA181的 CMV 为-0.2V 至26V、输入电压为2.7至5.5V (正)、它能否处理+/-160mV 的次级侧交流电压信号摆幅?

在分流电阻器的端子上测量时的 Vsense 电路:

但对于稳健的工业用例、该设计似乎过于简单。

我们希望您针对此电路输入侧 ESD TVS 二极管以及 RC-LPF 对整个放大器电路稳定性的影响提供见解和支持。

我们期待您的意见和指导。

此致

  • 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。

    尊敬的工程师:

    我将对此进行回顾、并很快做出响应。

    此致、

    彼得

  • 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。

    尊敬的社区成员您好:

     

    虽然在大多数情况下输入偏移将接近典型规格、但无法保证限制规格(最大值和最小值)内的初始输入偏移(Vosi)、因为这些规格用于筛选器件。 这些限值有助于确保器件产量并保持较低成本。

    图1中的分布似乎表明、500uV 输入失调电压似乎不可能、但这种分布的中心可能会随工艺和/或批次变化而变化。

    在计算最坏情况下的误差时、应始终使用最大限值规格、以确保设计稳健可靠。 但是、您可以放心地使用 RSS 计算而不是总误差计算。 RSS = SQRT (eVosi^2 + evos_other^2 + egain^2 + eOther^2)。 计算这样的误差的原因是、考虑到500uV 和1%的增益误差> 6 sigma、使 Vosi 接近+500uV 并具有+1%的增益误差的器件很可能是不可能的。

    最后、对于任何误差分析、您需要重点关注可能是需要测量的最小电流处的误差(误差主要由最小检测电流下的偏移决定)。 因此、必须知道在需要检测的最小电流下允许的最大误差是多少。 只要可以在该级别实现误差、就很可能在满量程负载下实现误差。  请观看我们的培训视频、了解如何计算电流检测放大器(以及大多数其他放大器)的误差。

    https://www.ti.com/video/series/precision-labs/ti-precision-labs-current-sense-amplifiers1.html

    您绝对可以通过一点校准程序来校准失调电压误差(eVosi)。 只需在 LOAD = OFF 或 LOAD =一定程度的准确负载时测量 Vout、并将测量的失调电压放入系统存储器。 然后从所有后续测量中减去该偏移。 请记住、偏移校准仅会在单一 Vcm、Vs 和温度下消除器件的偏移。 CMRR、PSRR 和温度漂移的偏移误差仍然存在。 执行此校准时需要注意的一个重要事项是、Vout 必须在线性区域内(OUT wrt GND > 100mV)。 因此、向 REF 引脚提供小电压(~100mV)可能非常有用、因此当负载为 OFF 时、Vout = 100mV。 此时、我建议以 REF 为基准进行输出测量、以便消除 REF 引脚确切电压中的任何容差误差。 这是一个有关驱动 REF 引脚的应用。

    https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/sboa551/sboa551.pdf

    是的、INA181可以处理+/-160mV 的振荡输入 VCM、但如果该电压的频率过高、则可能会引入一些交流 CMRR 失调。 VOS_CMRR_AC =(320mV)*^μ V (-CMRR/20dB)(请注意、这是以输出为基准)。

     

    考虑到"在…Ω 上测量时的 Vsense 电路"、这看起来像是运算放大器(OPA)的潜在电路。 如果使用电流检测放大器(CSA)、只需插入与信号电流串联的分流电阻器、然后直接测量。 CSA 非常不错、因为您可以在独立于 Vs 的更宽 VCM 范围内测量电流。

    如果您需要一个小于0.75%的后校准误差、那么您需要最大限度地减小器件增益误差、因为分流电阻器容差可能很容易达到0.5%。 因此、INA185和 INA213将是良好的选择。 其他选项包括 INA281和 INA191。

    对于输入 ESD TVS 二极管、只有在您认为可能存在超过26V 的大输入电压瞬变时才需要它们。 对于负 VCM 尖峰(<-0.3V)、输入电阻器可帮助降低产生的输入电流。 对于这些情况、请考虑使用具有负 VCM 额定值或使用大输入电阻器(~500 Ω 至1k Ω)的器件和 INA190/INA191。

    如果您认为有很大的电流噪声、则需要输入差分滤波器。 最好将 SMD 焊盘放在那里、以便其使用原型进行测试、并在没有必要时将其取出。 如数据表中所述、对于 INA213或 INA181、请尝试不超过10 Ω 输入电阻器(RF)。 如果存在明显的输入电流噪声、INA190/INA191是不错的选择、因为您可以放置高达500欧姆的输入电阻器、而对器件增益误差几乎没有影响。 其优点是可以减小差分输入电容(CF)的必要尺寸,并获得相同的截止频率(fc = 1/(2*PI*RF*2*CF)。 INA191的另一个优势是失调电压非常低、您可能无需执行失调电压校准。

    所有这一切都适用于任何共模电压噪声/尖峰。 对于这种类型的噪声、需要在输入引脚 IN+和 IN-处添加共模输入电容器(CCM)。 但是,如果添加 CCM 电容器,则需要添加>10*CCM 的 Cdiff,以便 Vsense 在 VCM 瞬变期间保持稳定。 您可以观看这段视频和演示、了解如何计算 CSA 的输入电阻误差。

    https://www.youtube.com/watch?v=hLGN_wl-xgA

    此致、

    彼得