[参考译文] INA350：基准引脚上0.5V 的输出范围

您好！  

除了 Jacob 的响应、我建议使用模拟工程师计算器、此计算器显示输出是如何受共模影响的：  

工具链接如下： https://www.ti.com/tool/ANALOG-ENGINEER-CALC

祝你一切顺利。
卡罗莱纳  

您好、Jacob：

输入电压来自热电偶。 对于如何将共模元件添加到热电偶的差分电压、您有什么建议吗？ 由于价格原因、我去 INA350、但我也愿意接受使用任何其他器件的建议。

此致、

可汗

你好、Khan

当然、您可以将 INA350用于此类型的应用。 您想使用哪种类型的热电偶？

这是一种将温度传感器与 INA 连接的较常见方法：

我们的想法是形成一个电阻器电桥、热电偶温度设置 VR 和 Vs 之间的电压差。该电桥还会将电桥的输出偏置为具有1/2 Vs 共模电压。

如果您可以分享热电偶器件型号、我们可以选择电桥电阻并计算用于解读温度的输出方程。

谢谢。

雅各布  

您好、Jacob：

我不知道器件型号、但我知道它是 K 型热电偶、能够输出大约-6mV 至+55mV 的电压范围。 您能为这部分信息提供帮助吗？

另外、我想知道电路中是否真的需要可变电阻器？ 我们可以用固定的电池来替换吗？

此致、

可汗

您好、Jacob：

感谢运行该仿真、结果看起来不错。

您认为我们从这个电路中得到的精度是多少？ 我想、如果我们对来自 LDO 的输入进行偏置、那么它可能会由于其较差的精度而传输误差、对吧？

此外、我担心会再次影响输出精度的失调电压和增益误差。 我观看了此 TI 的促销演示、其中扬声器提供了一些技巧来处理错误或校准电路。 我在电路上尝试了第3项技术、假设我发现输入的正范围按预期工作、但负输入范围会缩小。 我们也可以采用技术1、但我不知道需要在 INA 的输入引脚之间使用哪种开关来实现短路、也不知道我们需要多久校准一次。

我的目标是实现至少12位的分辨率、如果评论一下如何实现这一分辨率就好了。

此致、

可汗

演示文稿链接： www.youtube.com/watch

您好、Khan：

校准方法在很大程度上取决于硬件选择。  

我们已经成功实现了这两种选项的设计、但选项3通常能够实现更精确的数据输出。  

INA35x 在成本方面具有很大的增益误差、但失调电压漂移有时会导致误差。 您打算将温度探头用于什么预期的温度范围？ 器件是否也会受到这些温度的影响？  

这些信息将帮助我了解器件的温度范围/输入电压范围。

校准方法1不一定针对校准例程具有固定频率。 该频率通常在系统级别确定、并考虑总信号链误差和 ADC 采样频率。

您知道 ADC 的采样率吗？

谢谢。

雅各布

您好、Jacob：

当您说"INA35x 的成本增益误差很大、但失调电压漂移有时会导致误差"时、您是说增益误差有时可能大于失调电压(1.2mV)误差吗？

探头(热电偶)的预计温度范围为-200C 至+1300C、但是、该器件(电路板上的 INA350其他电子器件)可能处于-40C 至+85C 的极端环境温度范围内。

该 ADC 具有12位分辨率、可以采样400KSPS、非常适合我们的应用。 我希望通过过采样获得13/14位分辨率、或者至少获得12个有效位(ENOB)、这是我们从该系统中获得的目标。

此致、

可汗

增益误差与器件内部电阻器的内部匹配相关。 温漂是指器件失调电压如何随温度变化。  

该器件的固有失调电压将通过校准例程去除、使主要误差源为增益误差和失调电压漂移。  

感谢您提供有关您的系统的更多信息、这有助于我们了解您的系统的测量要求。  

让我在我这边运行一些仿真、看看需要做些什么才能实现12位精度。

谢谢。

雅各布

感谢您的快速响应。 我将等待进行仿真。

此外、我打算在电路板温度传感器上使用它进行冷端补偿。 想法是将该传感器与微控制器连接、并让软件负责补偿。 请告诉我您对此有何看法。

此致、

可汗

这是温度传感器 TMP235的器件型号。

此致、

可汗

完美、感谢器件型号。

我将在完成仿真配置文件时回复此帖子。

此致！

雅各布

你好、Khan

很抱歉耽误你的时间。

我已经深入思考了这个问题、我认为选项3不适用于温度感测、因为任何低频温度变化都将通过伺服环路被滤除。

我认为备选方案1和2仍然可行。 对于12位分辨率、我们需要4096个分布在3.3V 模拟电压轨上的数字值：可能更像3.2V、以确保输出不会满贯到电压轨。 这是3.2V/4096。 这意味着我们需要大约750uV 的输出分辨率才能实现大于12位的精度。 冷端有助于进一步提高系统的分辨率。

该系统最重要的部分之一是确保为温度传感器的偏置提供精确的基准、因为任何以输入为基准的误差都将由 INA 放大。  

您在系统中使用的是什么 LDO？ 您是否能够使用任何可用于偏置热电偶的低噪声电压基准？

谢谢。

雅各布

您好、Jacob：

您在之前的评论之一中提到、使用选项1只能帮助补偿失调电压误差、因此、如果我们保留系统中的失调电压漂移和增益误差、会导致位分辨率产生巨大差异？

选项2看起来是一个很好的方法 、但我有点害怕继续进行下去 、因为 通过 DAC 设置该校准例程需要大量的软件开销。 您是否知道任何应用手册、其中更详细地解释了选项2、介绍了 实现 该选项时可能需要用到的算法？

这是我计划使用的 LDO 的器件型号 TPS7A20。

电压基准、我们可以使用2.5V 基准 还是必须是3.3V？ 您如何看待 LM4040？

此致、

可汗

你好、Khan

正确、选项1有助于消除直流失调电压、因此这将在计算中保持偏移误差和漂移误差。  

可能值得在此设计中使用 INA351、因为 INA351的器件内部电阻器匹配更好：

INA351

INA350

相对于增益规格、较低的误差值将实现更准确的测量。  

增益误差在器件使用寿命内通常不会有明显变化、因此也可以使用选项1在时间= 0时校准此误差。

如果您使用冷端感应、可能会对失调电压漂移进行一些补偿、但要完全校准温漂、漂会更加困难一些。  

我认为选项1非常有可能在您的系统中实施。  

我不知道有任何描述备选案文2的文件。 我同意这种方法在很大程度上依赖于软件进行实时校准。  

就我所知、想法是强制 INA 进入一个稳定的值：例如通过短接输入来从 INA 获得输出误差。 然后、您将对该输出电压进行采样、并评估理想输出与实际输出之间的距离。 然后、您可以使用此误差计算驱动 ADC 相应地增大或减小电压。 这种方法的优点是、您可以根据系统的需要、经常对系统进行自校准。  

我将与我们的系统工程师交流、了解是否有任何有关此流程的其他信息。

LM4040看起来是非常适合应用的器件。 如果您仍希望使用电阻分压器进行偏置、则2.5或3.3V 中的任何一个都可以正常工作。 理念是将输入信号保持在器件所需的输入共模范围内。  

LM4040似乎有一个仿真模型。 让我看看是否可以运行一些仿真来评估总体系统性能。

谢谢。

雅各布

您好、Jacob：

感谢您提供的所有信息。 INA351的增益误差明显更好。 我们将继续改进该器件。

如果可以向我提供有关选项2的更多信息、我将不胜感激。 是的、请告诉我 LM4040的性能、我想了解一下。

到目前为止、选项1看起来是适用于我们的应用的可行选项。 此方法需要一个开关来短接输入端子、因此请告诉我您对这款 MOSFET (二极管公司#BSS138-7-F)的看法。 我假设必须有两个此类 MOSFET 背对背连接(漏极到源极-源极到 Darin)。 我曾尝试在下图中说明这种配置、如果这是正确的方法、请告诉我。

此致、

可汗

你好、Khan

是的、这种晶体管配置应该可以满足需求。 然后、您可以在需要时使用 MCU 定期校准系统

此致！

雅各布

您好、Jacob：

您是否有机会借助 LM4040模拟 INA351的性能？ 正如您在某项评论中所说的。 我还在尝试弄清楚如何通过此器件实现12位的精度。 到目前为止、根据我们讨论的内容、我了解方案1是适用于该应用的可行解决方案。 您可以帮助我将 LM4040与 INS351连接并对其性能进行仿真吗？

此致、

可汗