[参考译文] OPA2835：请求电压信号使用衰减器的建议

您好 Shreeneet：

我对问题进行了澄清：

1.您是在寻找具有集成电阻器的单路放大器还是具有集成电阻器的双路放大器器件？  只有 RUN 封装中的 OPA835包含集成的增益设置电阻器；RUN 和 RMC 封装中的 OPA2835没有任何集成电阻器。  请澄清您的应用需要单路放大器还是双路放大器。

2.成本经过优化；OPA835 RUN (带集成电阻器)每千片价格~ 1美元。  您是否在寻找目标 BOM 成本或阈值价格？  与较简单的放大器相比、集成元件和整体复杂性通常会导致更高的成本。

3、是否因为空间要求严格而需要集成元件?  带分立式电阻器的低成本运算放大器是否适合您的设计中的子电路封装？  如果发现内置衰减电阻的需求大于目标 BOM 成本、则 OPA835RUN 可能最合适。  如果间距要求更宽松、则在特定成本范围内推荐器件可能会更容易。

4.被驱动进入 ADC 的信号的带宽是多少？  如果您关心的是高精度、则带宽较低的精密器件可能更适合。  64ksps 的采样率产生32kHz 的奈奎斯特带宽。  PRAMPS 产品系列可能具有更广泛的高精度集成电阻器产品选择。

我期待收到关于我的问题的回复。  关于参考设计或支持文档、我将等到我们完成放大器选择的讨论后、再查找特定于放大器的参考设计或应用手册。

此致！

亚历克

您好 Alec、

感谢您的答复。 以下是有关我们要求的更多说明：

1.  具有集成电阻器的单个放大器将适合我们的应用。 感谢您指出 OPA2835缺少集成电阻器。
2. 我们每个通道的目标价格最高为2美元、其中包括一直到 ADC 的信号链中的所有组件。 就我们每个季度250件的最低订单数量(MOQ)而言、ADC 本身的成本约为1.2美元。
3. 我们愿意 采用电阻器实现更宽松间距的解决方案。 目前、在我们的 MOQ 范围内、分立式电阻器(精度为0.1%、金属膜、25ppm/'C)的每个阵列2的成本约为0.5美元。 我们正在 考虑 Vishay Beyschlag 电阻器解决方案,但我们很感谢对替代方案的任何指导。
4. 我们进行电流监测所需的最大带宽为10kHz。 但是、对于温度监测、带宽 应 低得多。

为了提供更多背景信息、我们正在开发一个目标价格为60美元的状态监控平台。 它目前包括3个温度感应通道和3个电流传感通道。 其中、我们使用 MCU 内置 ADC 进行温度检测、并使用 ADS131M03-Q1进行电流检测。 我们希望确保器件保持可扩展性和灵活性、以在未来添加更多通道、计划在菊花链中添加多个 ADS131M03以额外增加多达6个通道。 我们的目标客户是印度的微型和小型行业、即使是入门级 CBM 应用也对成本非常敏感的 ATM。 STM 为 G474系列 MCU 提供了优惠的价格,为我们提供了所需的处理能力。

在我们以当前设置开始为客户创造价值后、我们的未来计划包括增加压力感应、电压感应和振动感应(最大值为1024尺寸 FFT)。 我们将使用 I2C/SPI 进行高 BW 和高精度测量、包括振动测量。 并且需要高质量的 ADC 信号链。

感谢您的帮助。

此致、
斯雷内特

我们正在 寻找价格更实惠的高精度信号链。 我们在模型开发和结构力学方面具有背景和专业知识、因此我们 对模拟电路可能没有最好的见解、所以 TI 的大量设计资源和阅读材料对我们来说是非常有帮助的。

1. 输入信号电压：0-5V 和0-10V | ADC 输入范围：+-1.2V 和0-3.3V
2. 输入信号电流：-20mA | ADC 输入范围+/-1.2V 和0-3.3V
3. 有关用于提高输入阻抗的成本优化型低误差单位增益缓冲器的建议

我们目前已选择 TMP6131ELPGMQ1 用于温度测量、并将其直接与 MCU ADC 连接。

以下是我们计划与 ADS131M03-Q1 ADC 一起使用的电流传感器规格。

用于监控电流和电压的最大带宽高达10kHz、对于任何其他传感器通道、BW 应最大约为5kHz 范围。 我们计划在需要高 BW 和高精度感应要求时选择基于 I2C/SPI 的传感器。

您好 Shreeneet：

感谢您围绕您的应用和放大器需求提供高水平的详细信息。  基于64ksps 的采样率、我认为我们应该向精密放大器团队核实一下。  我将把他们添加到该主题中、请给他们的团队留出一点时间来阅读并满足您的需求。

此致！

亚历克

Shreeneet,

1. 我们之前讨论了一种可能的信号链：  ADS131M03信号链
2. 这是同一个工程吗？  在上一个问题中、输入范围是 ±12V 至1.2V。  在这种情况下、范围略有不同、但 ADC 是相同的。  我们可以轻松修改拓扑、以适应任何输入信号范围。  如果您需要有关特定范围的帮助、请告诉我。
3. 下面是一些具有汽车级品质和 ±15V 电源功能的成本优化型放大器：  成本优化型汽车精密器件 
4. 下面是一些具有 ±15V 电源能力且符合汽车标准的通用放大器。
5. "通用"与"精度"的区别在于失调电压 规格。  精密 Vos <1mV、通用 Vos > 1mV。  通用解决方案往往具有更低的成本。

请告诉我如何提供帮助。

此致、艺术

Shreeneet,

1. 对于您的高电压输入放大器、我使用了以下标准：
   1. 通过汽车认证
   2. 成本最低的选项
   3. 1MHz GBW
   4. 通用型：Vos >1mV (最低成本放大器子类别)
   5. 对于输入放大器、最大电源额定值>= 36V
   6. 高电压输入放大器选项 Q1 
   7. 我选择了 LM2902、或 LM2904
2. 对于您的 ADC 放大器选项、我使用了以下标准：
   1. 通过汽车认证
   2. 成本最低的选项
   3. 1MHz GBW
   4. 通用型：Vos >1mV (最低成本放大器子类别)
   5. ADC 驱动器的最小电源额定值<= 2.4V
   6. 适用于 ADC 驱动器的轨到轨
   7. 低电压 ADC 驱动器 
   8. 我选择了： TLV9001 (或双 TLV9002)
3. 还有许多其他选项。  当然、当您针对低成本时、某些性能可能会受到影响。  如果您有其他重要规格、请告诉我。  我的主要目标是确保输入和输出摆幅不受共模或输出摆幅的限制。  这就是我为 ADC 驱动器选择轨到轨驱动器的原因。  我正在设计电路、这样 ADC 就不会被过驱动、因为放大器电源被限制在安全电平。  我选择了1MHz GBW、因为您提到了10kHz 范围内的信号、因此1MHz 能够提供良好的裕度和总体良好的噪声性能。
4. 以下是更新后的文档、其中包含了 0-5V 和0-10V | ADC 输入范围：±1.2V 和0-3.3V 选项。  我将原始 电路保持不变、但您可以替换新的放大器选项：  e2e.ti.com/.../adc-drive-translation-options.pdf
5. 4mA 转20mA 接收器的设计问题。  可通过多种方式完成此转换。  一种简单的方法是将电流信号驱动到电阻器接地。  在其他情况下、电阻器无法接地、而是使用 Dif-AMP 进行检测。  您需要哪个选项？
6. 以下是 TINA SPICE 文件：  e2e.ti.com/.../single-to-dif-0V-to-10V-to-0-to-3p3.TSC,e2e.ti.com/.../single-to-dif-0V-to-10V-to-m1p2-to-p1p2.TSC、

希望这对您有所帮助。  供参考。  我的团队支持精密 放大器(Vos < 1mV)。  我将通知一名来自通用 团队的工程师、因为他们可能对放大器选项有其他评论。  由于您正在寻找低成本选件、我使用了通用器件。

此致、

艺术  

您好！

LM2904B 系列将是成本优化型高电压运行的最佳 GPAMP 选项。 确保对高压输入级放大器使用 LM2904B 而不是 LM2904LV

考虑到搜索标准、TLV9001/TLV9002是最佳选择、其中 RRIO 是一项要求。 还存在进一步降低成本的解决方案、但将不包括轨到轨输入级等功能、以便降低成本。 此类器件包括 LMV321和 LM2904LV。

ART 的设计是有利的、因为 TLV9002受到电源限制、因此 ADC 不会被缓冲放大器过驱动。 如果我们追求非 RRIO 放大器、设计将变得稍微复杂一些以实现相同的功能。  

如果您有任何问题、敬请告知。

我已经在随附的 TINA 中包含了更新的推荐器件 simulation.e2e.ti.com/.../single-to-diff-0V-to-10V-to-0-to-3p3.TSC

此致！

雅各布

感谢您的答复和指导 Jacob、

您的反馈可进一步增强我们的决策能力。

您好、Art：

我们希望您对以下配置的-20mA 电流环路检测提供反馈：

Shreeneet,

INA181可能是您应用的理想选择。  以下是需要考虑的一些问题：

1. 器件的增益误差为+/-1%。  8.2 Ω 感应电阻器的容差为+/-0.5%。  总增益误差可高达1.5%。  这是否可以接受？  INA181的成本得到优化。  您可以以更高的成本获得更高的精度。
2. 与增益误差类似、偏移最大为0.5mV。  我们可以在更高的成本下找到更好的失调电压。  4mA x 8.2 Ω= 33mV。  0.5mV 表示33mV 信号上1.5%的误差。

精度是我需要关注的主要问题。 您试图实现的整体精度是多少？

艺术

您好、Art：

感谢您的反馈。 是的、我们想选择精度更高的解决方案、您能为我们提供哪些建议吗？ 我们的目标精度为0.5%。 我们可以选择0.1%的电阻器、并在需要时执行一次单点校准。

这也使我们思考了在选择器件时应考虑的因素、典型值或规格中给定的最大值、因为考虑到这两个值中的任何一个都会使误差估算变得相当糟糕。

您好、Art：

您能否提供采用 INA351放大器来检测-20mA 模拟电流信号并将其转换为适用于接受单极输入的 ADC 的0-3.3V 范围的参考设计？

技术规格：

• 输入电流信号范围：4 -20mA
• ADC 输入范围：0-3.3V (单极)
• 目标精度：0.2至0.5%
• 所需带宽：最大3kHz
• 用于测量缓慢移动的物理量、如温度。
• 一个简单的 LPF 来帮助缓解噪声问题。

我们分析了 INA351并确定了失调电压误差是导致重要误差的主要原因。 为了缓解这种情况、我们计划在 MCU 中频繁执行零状态平均法以进行校准。 请建议任何其他替代方法来校准并最大限度地减小4 -20mA 测量应用中 INA351的失调电压误差。 我坚信自己的这种设计会被广泛使用、因为它在低成本输入信号用例中利用高度集成的 INA351。

Shreeneet,

这是一个功率点、包含两个选项。  请确认您想要更详细分析的选项。   

e2e.ti.com/.../4-to-20-mA-reciever.pptx

艺术

您好、Art：

感谢您提供的建议。作为一种成本敏感型应用、我们希望尽可能减小 BOM 尺寸、并使用 板载3.3V MCU/ADC 单电源  为 -20mA 电路供电、还希望使用可提供的3种 Vref 中的任何一种、即2.9、 2.5V 和2.048V、可提供高达6.5mA 的电压。

1. -20mA 、由24V/36V 电流信号环路驱动
2. 0-3.3V ADC 输入范围
3. 3.3V 电源
4. ADC 提供的 Vref：2.048V、2.5V 和2.9V、可提供6.5mA
5. 最大误差预算0.2-0.5%

几乎每个基于混合信号 MCU 的系统都可以使用这些连接器、有助于更大限度地减小此类应用的 BOM 尺寸。

此致。

您好、Art：

感谢您的更新、TLV333在我们的用例中成本高昂。根据您的建议、我们发现 TLV07完全在我们的成本和误差预算范围内。 对于分流电阻器、我们计划使用160Ohm 电阻器、可能帮助我们覆盖 ADC 的最大动态范围、涵盖0至3.2V 的输入、任何误差的余量为0.1V。 任何高达0.2%的误差应足以用于我们的用例。

您是否会为此用例推荐一些 LPF 滤波器？ 还 有关于 ESD 使用的任何建议和良好做法？

使用 INA351、 执行 零输入条件校准必须帮助我们更大限度地减小该误差、对吧？

您好 Raymond、

感谢您的设计、我们意识到 TLV07缺少 RtoR 输入。 我们发现 TLV9001处于规格范围内。 我们希望 尽可能避免 使用无源组件、如果我们可以通过使用轨到轨运算放大器完全避免使用增益设置电阻器、那么在我们的用例中将会非常有用。

运算放大器电路之前的电缆长度为4-5m、因此我们是否应该在电路设计中考虑容性负载？ 如果您需要任何其他信息、请告知我们、您是否需要推荐一种用于测量4 -20mA 电流环路的可靠解决方案。

您能否使用 TLV9001来提供具有 LPF 和 ESD 保护的最终参考电路？

在这个最终电路中、您能否为此配置提供误差估算？

我们是模拟设计新手、并且非常感谢 TI 对我们的数字数据记录器-20mA 实现方式的支持。

谢谢。此致、

您好 Raymond、

感谢您的反馈！ 我们已经记下了您的建议、现在已经有了更好的阐述。 我们计划使用0.1%的电阻器、其成本相对低于电阻器组合。

 我们的最后一个问题是、作为电流环路、您是否可以 为我们的4 -20mA 电流环路信号测量应用建议浮点测量配置？ 当测量电路由3.3V 驱动时、电流环路应由24-36V 驱动、而当电阻器以测量电路的接地端为基准时、最终可能会得到高 CMV。 请引导我们了解这些内容。

此致。

您好 Raymond、

不可以、我刚才提到的配置可以帮助我们测量 -20mA 环路中串联电阻器的两个端子之间的压降。 我们希望您 为我们提供一份参考设计指导、在该参考设计中、我们不必通过接地连接电流检测电阻来测量-20mA 信号。

此致。

您好 Raymond、

当然、我已经在 https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1251985/tlv9062-cost-optimized-design-for-4-20ma-current-loop-measurement-ct-measurement 上创建了一篇包含详细信息的新帖子、以帮助阐明设计目标

寻求您的宝贵 指导。

user4113426 说：

我认为一个更好的选择是使用简单的运算放大器缓冲器。

您好、 Art Kay、

我们需要为电流环路和测量电路保持单独的接地。 此外、两个电路上的共模电压也是不同的。 电流环路上为36V、而测量电路上为3.3V。

对于每通道高达0.65美元的差动输入有何建议？  

Raymond Zhang1，您的建议也会有所帮助。

Shreeneet,

要达到36V 共模范围、您需要更高的电源电压、或者需要一个类似于 INA148或 INA149的差动放大器。  我认为您不需要考虑将仪表放大器用于此应用、因为它们的 输出摆幅与共模范围相比通常有限。  增益为1的标准差分放大器将共模电压除以2。  因此、共模范围是电源的两倍。  INA148和 INA149使用独特的反馈电阻器配置来大幅分配共模、并支持数百伏的共模。  因此、如果您使用具有3.3V 电源的标准仪表放大器、共模范围将大约为6.6V。  INA132是这方面的一个很好的示例。  遗憾的是、差分放大器提供的产品可以接受3.3V 电源。  以下是具有3.3V 电源的器件的列表。   最低成本选项超过1.0美元。  从共模角度来看、大多数选项都无法正常工作。  INA146和 INA149是成本最低的选项、并且价格接近2.0美元。  雷蒙德发布的文章是很好的例子,说明为什么你不想尝试和谨慎地构建你的 DIF-Amp。  如果您将最小电源电压调节至5V、则您的选项将增大。  我们没有满足成本、供应和共模要求的选项。

https://www.ti.com/amplifier-circuit/difference/products.html#358min=1.8%3B2.76&sort=1130;asc&

此致、艺术

user4113426 说：

设备的增益误差为+/-1%。

您好、Art：

(编辑：我不确定、因此我为以下查询创建了一个新帖子、以防 Raymond Zhang1关闭了此主题)

选择电流检测 放大器 系列的全部原因是因为本文重点介绍了 CSA 提供的最佳解决方案  

因此、我们重点关注 CSA 系列和 IA 系列的成本优化型解决方案。

——

请指导我们 考虑哪些值以及如何解读 INA181数据表中给出的典型值或最大值规格？

数据表中提到：

我们的查询：

1. 在 成本优化型设计中、我们应考虑典型值和最大值中的哪些值？ 两个值都与我们的决策制定/中断的频谱相反。 此外、如果我们参考数据表了解最大值(即最坏情况)、则  图中给出了一个输入失调电压高达280µV μ V 至240µV μ V 的运算放大器具有极低的可能性(上面的图1)、 这使人困惑、在 该图上的+- 500µV 位置何处可以看到？
2. 如果我们计划对整个 AFE 信号链实施单个零基准校准、我们是否能够最大限度地减小器件间的失调电压误差？ 我们可以执行此校准以最大限度地减少电压偏移值可能导致的误差、请根据您宝贵的模拟电路经验指导我们如何最大限度地减小误差。
3. 如果我们选择一个偏移和增益误差更好的器件、 INA213 - C 以下错误计算是否有效？
   (分流电阻：3.3Ohm、电流：4至20mA、电压：36V)
   1. 增益误差：
      1. 0.02%典型值
      2. 最大0.5%
   2. 偏移电压：
      1. 典型值为+- 5µV：  
         1. 4mA x 3.3 Ω= 13.2mV (即0.037%典型值)的失调电压为0.005mV
      2. 100µV 值为+-μ A：
         
         1. 对于4mA x 3.3 Ω= 13.2mV (即最大0.75%)、失调电压为0.1mV
   3. 单点零基准校准后：
      1. 偏移误差：最小化为~0.05%
      2. 增益误差：总输出中的误差为0.037%至0.75%
      3. 总体误差： ~0.1%至0.75%

我们计划使用 INA213-C 或 INA185 因为 它们 相对于 INA181的数据相对较好、并且在我们的项目预算范围内。 请根据您的经验建议这些建议的适用性。 期待您的正确指导。

电流互感器设计：

• BW：1kHz
• CMV：<5.5V
• 电流：0到30mA 双极交流波形
• 负载电阻器：0.5mΩ 至50Ω
• 评估：INA351、INA181、INA185

您是否建议在 CT 的负载电阻器压降测量应用中使用 INA351、前提是我们执行归零(零基准校准)以最大程度地减小潜在的 Voffset 误差？

在 0.1%(可接受)的较低最大增益误差和较高的最大 Voffset 值的情况下、如果我们可以校准 Voffset、在针对 CT 用例评估 INA351时、是否有任何其他参数可能会遗漏？

例如、CMV 为-0.2V 至26V、输入电压为2.7至5.5V (正)、可能的 Vsense 应为双极160mV、因此这些参数是否会限制使用 INA181来测量摆幅为+/-160mV 的次级侧交流电压信号？

4 -20mA 电流环路接收器：

• BW：1kHz
• CMV：~24至36V (可接受24V)
• 电流：正区域内-20mA 单极性
• 分流电阻器：0.5mΩ 至160Ω

理想情况下、-20mA 接收器 应是一种简单的电路、但我们觉得 (下面的电路) 过于简单化了 原理图、可能会错过实现强大工业应用所需的其他关键功能。 凭借模拟电路设计方面的经验有限且预算紧张+时间轴、我们寻求您的支持、并就实施 ESD、TVS 二极管对输入的 EOS 保护的影响、实施基于 RC 的 LPF 而不影响放大器的稳定性等问题提供指导。

此致

user4113426 说：

我认为一个更好的选择是使用简单的运算放大器缓冲器。  [/报价]

您好、 Art Kay、

我遇到了您的参考设计"适用于成本优化型监控器的低侧分流运算放大器电路至单端 ADC "

我有 一个疑问、假设在上述电路中有两个不同的电路-工作电压为0-36V 的电流环路和工作电压为0-3.3V 的测量电路。

1. 这些电路是否可以单独接地？
2.  我们能否将 TLV333和其他无源器件替换为可提供10V/V 增益的单个 INA351？  
3. 在此用例中、我们是否可以使用 TMP61作为 Rshunt、因为我们会有效地监控传感器上的压降？
4. 我想说在此配置中、PT100或 PT1000 RTD 是否可以用作分流电阻器。 在沿着这些使用案例思路思考时、我们是否遗漏了任何基本概念？ 我理解可能会在此配置中增加的误差、2'C 的误差在我们的用例中是可以接受的。 请提供导游。

此致。