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[参考译文] XTR111:mV 到 mA 转换

Guru**** 1640390 points
Other Parts Discussed in Thread: XTR111, INA333, INA818, INA333-HT, INA188, OPA2197, OPA2192-Q1, TLV2197-Q1, OPA197
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https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1337560/xtr111-mv-to-ma-conversation

器件型号:XTR111
主题中讨论的其他器件: INA333INA818INA333-HTINA188OPA2197、OPA2192-Q1TLV2197-Q1OPA197

我想设计一个信号电压在-1mV 到11mV 范围内的电路。 该信号电压应转换为4至20mA。 意味着当信号电压为-1mV 时,应将其转换为4mA。  当信号电压为11mV 时,应将其转换为20mA。 请推荐我。

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    您可以使用加法放大器将最小电压从−1mV 提高到3mV。

    XTR111的偏移电压高达1.5mV、所以充分考虑输入信号是个好主意。

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    您好!

    同意 Clemens 的观点。  

    我们可以得到一个将在下周一提供此功能的电路。  与此同时、您能告诉我这个信号是由什么产生的吗?  它是否为低阻抗、这意味着它可以在不改变电压的情况下驱动电流?  最简单的解决方案要求输入信号源能够正常驱动~几十微安的电流。

    此致、
    迈克

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    尊敬的 Naga:

    正如 Mike 所说的、您需要为我们提供一些设计和精度要求。 我不知道您要查找的性能规格。  

    例如、这是一个电路。 它并不完美、但在准确度方面可能已经足够接近。 400mV 的电源 VA 可能能够通过分压器从3V 中获得。  

    e2e.ti.com/.../OPA387-_2D00_1mVto11mV--to-4_2D00_20mA - 03152024.TSC

    如果您有其他问题、请告知我们。  

    此致!

    雷蒙德

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    尊敬的 Naga:

    我没有听到你的声音。 我假定之前的 V 至 I 转换器将满足您的要求。  

    如果您有其他问题、请告知我们。  

    此致!

    雷蒙德

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    。 该电路应将应变计电桥的 mV 输出转换为相应的 mA 输出。 -20 mA 模块输出电流的最小精度 ±0.1%。  

    电路的输出电流(mA)与应变计电桥的输入电压(mV)之间的关系。  

    请推荐符合上述要求的 ti IC 或电路。

     

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    尊敬的 Naga:

    电路输出电流(mA)与应变计电桥输入电压(mV)之间的关系。  [/报价]

    请向我们提供应变仪感应电路的设计要求。 我已在 下面添加了 INA333仪表应用手册。 您需要告诉我们您应用中应变仪的感应范围、精度、电源轨电压和电流。 仪表放大器能够放大差分 uV 至 mV 应变仪信号、然后放大的电压信号可以转换为电流信息。   

    https://www.ti.com/amplifier-circuit/instrumentation/products.html?keyMatch=INSTRUMENTATION%20AMPLIFIER

    TI 拥有非常广泛的仪表放大器选择。 如果您告诉我您的应变仪要求、我们可以为您推荐一款、包括成本和精度性能。

    https://www.ti.com/lit/ug/tidub00/tidub00.pdf?ts = 1711091038970 &ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Ftool%252FTIPD170

    在上面的 I 与 V 关系图中、我认为 X 轴上的电压信号来自应变仪电桥、从-1.0mV 到11.0mV。   

    4 -20 mA 模块输出电流的最低精度 ±0.1%。  [/报价]

    在上面的 I 与 V 关系图中、我认为 X 轴上的电压信号来自应变仪电桥、从-1.0mV 到11.0mV。   +/- 0.1%的要求是 V 到 I 转换要求、与应变仪传感要求不同。 这是重量测量应用吗?

    如果这是电池驱动的低功耗感测应用、请说明。  

    此致!

    雷蒙德

    [/quote]
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    尊敬的 Raymond:

    此要求不适用于电池驱动应用。

    应变仪随稳压10V 直流电源提供。 X 轴上的电压信号来自应变仪电桥、范围为-1mV 至11mV。 此 mV 电压是 V 至 I 转换电路的输入。  -20 mA 输出电流的最小精度  ±0.1%。  

    有关应变仪的更多详细信息、请参阅以下内容:

    称重传感器范围为0.0 mV 至10.0 mV、力范围为0.0 lbf。 至12,500磅力。 因此、1.0 mV 的变化对应于1250 lbf 的力变化。  需要能够在正极或负极侧测量一个额外的 mV 电压。 因此、-1mV 到11mV

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    尊敬的 Naga:

    根据您的规格、输入应变仪在349.5Ω 和352Ω 范围内工作。 我选择了 INA818仪表放大器(IA)作为模拟前端。 IA 将 mV 信号放大为 V 信号、以进行 XTR111的 V 至 I 转换。 对于-1mV 至11mV 的差分输入信号、IA 的输出范围应配置为1V 至5V。 我们可以使用下面的传递函数来改变 IA 的增益和 Verf、以满足 IA 的输出要求。   

    由于输入差分信号范围非常小、因此您需要为您的应用校准应变仪输入与-20mA 电流。  

    如果我将两个电路放在一起、仿真如下所示。  

    应变仪的输入和输出关系如下所示。  

    这里是仿真。

    e2e.ti.com/.../INA188-Strain-Gauge-_2B00_-XTR111-V2I-03252024.TSC

    请注意,XTR111的 Vref 由于阻抗而无法驱动应变仪桥。 10V/10V 350Ω 驱动它需要大于28mA 电流。 此外、您可能需要更低漂移的10Vref 来驱动应变仪、尽管您没有指定这些要求。  

    您可能需要 REF5010 带隙+ OPA182 零漂移放大器作为缓冲器、以构建10Vref 精密基准电压来驱动应变仪。  

    https://www.ti.com/amplifier-circuit/op-amps/precision/products.html#2192=Zero%20Drift&sort=451typ;desc&

    如果您有其他问题、请告诉我。  

    此致!

    雷蒙德

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    XTR111符合汽车标准吗?  TI 是否有任何其他 IC 可以满足我的要求,以及符合汽车标准或工作结温从-55度到150度?

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    尊敬的 Naga:

    XTR111未经汽车认证。 尽管 XT111的额定工作温度为-40°C 到+125°C、但其数据表性能的额定温度范围为-40°C 到+85°C、并能得到保证。 该器件会在额定温度范围之外工作、但其性能会有所下降、这可能超出数据表规格。  

    是否有其他 IC 可以满足我的要求,以及符合汽车标准或工作结温为-55到150度?

    标准的汽车工业温度工作范围为-40C 至+125C。 -55C 至125C 被视为国防或航空级 IC 规范。 -55C 到150C 被视为高温工作范围、它通常具有不同的性能温度范围集。   

    例如、INA333-HT IA 适用于温度介于-55°C 至150°C 或更高温度范围内的换能器应用。 我不知道任何 V 至 I 转换器能够在-55°C 至150°C 的范围内承受 (不会降低性能)、除非您使用分立式高温 IC 元件设计 V 至 I 转换器。   

    https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina333-ht.pdf?ts = 1712567019525

    https://www.ti.com/amplifier-circuit/instrumentation/products.html#sort=1192;desc&

    总之、每当我们谈论高温工作环境时、产品成本都会增加。 这些产品正在考虑特殊的操作 应用 、这些应用必须在超出标准温度范围的高温环境中可靠运行。

    如果您需要进一步的帮助、请联系我们。

    此致!

    雷蒙德   

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    根据 INA 188数据表、  

     输入电压:(V–)+ 0.1V 至(V+)–1.5V  

    对于10V 的单电源, 输入电压范围是0.1V 到9.5V。 这是否适用于 -1mV 至11mV 的差分输入信号?

    此外、根据数据表、偏移电压为55uV、这也将增加/减少 -1mV 至11mV 的差分输入信号。 根据您的 INA188仿真增益为354.55V/V、该增益也会放大失调电压。 如何实现4至20mA 电流信号的0.1%精度?

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    尊敬的 Naga-San:

    对于单电源10V, 输入电压范围为0.1V 至9.5V。 这是否适用于 -1mV 到11mV 的差动输入信号?

    这是 INA188的配置以及输入和输出范围、与仿真一致。  

    我不理解"输入范围为0.1至9.5V "问题。 请说明。 下面是来自之前回复的仿真。  

    您可以通过以下链接下载模拟计算。  

    https://www.ti.com/tool/ANALOG-ENGINEER-CALC

    如何使4至20mA 电流信号的精度达到0.1%?

    INA188和 XTR111都是精密器件。 XTR111的 V 至 I 转换器应能够满足0.1%的精度而不会出现任何问题。 最坏的情况是、当 Iout 为4mA 时、误差为4mA ±4uA。

    在4mA 处、仿真得到的 Vin 约为1.00021V、而且 INA188输入端的 Vos 总体误差似乎并不明显、请参见下图。 此外、如果这是关键应用或者校准后、我们也许能够消除 Vos 误差。  

    如果您有其他问题、请告诉我。  

    此致!

    雷蒙德

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    尊敬的 Raymond:

    在我的应用中、代替 XTR111进行电压至电流转换、我可以使用 Howland 电流泵吗? 如果需要、您能否帮助我完成该仿真以及针对该要求提供的建议汽车级运算放大器。

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    尊敬的 Naga:

    您能不能协助我进行模拟以及针对该要求推荐的汽车级运算放大器。

    这是用于 V 至 I 转换的 Howland 电流泵。  

    e2e.ti.com/.../OPA197_2D00_Q1-Howland-Current-Pump-04292024.TSC

    以下是相关的应用手册。  

    https://www.ti.com/lit/an/sboa441/sboa441.pdf?ts = 1714400703961&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    我为该应用选择了 OPA2197、价格合理。 有一些运算放大器(例如 TLV2197-Q1、OPA2192-Q1)、但我不知道这些运算放大器是否能够满足您的其他要求、请参阅以下链接。  

    https://www.ti.com/amplifier-circuit/op-amps/precision/products.html#1498=Automotive&sort=1261max;desc&

    如果您有其他问题、请告诉我。  

    此致!

    雷蒙德

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    尊敬的 Raymond:

    在 TINA 中模拟文件时,我收到错误消息"缺少语法元素 行#256。

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    尊敬的 Naga:

    我看不出问题、如果我将两个电路组合在一起、请看仿真。  

    e2e.ti.com/.../INA188-Strain-Gauge-_2B00_-Howland-Ipump--04302024.TSC

    此致!

    雷蒙德

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    感谢您提供仿真文件。 我将  根据我的应用调整 INA188的增益、基准电压。 当负载单元电压为-1mV 时、 INA188应将其放大到1.5V。  当称重传感器电压为11mV 时、INA188应将其放大至7.5V。 为此、INA188所需的增益为500、基准电压为2V。 根据 INA188数据表、对于500增益、所需的 Rg 为100.2欧姆。 当我仿真-1mV 称重传感器电压条件时,我看到 INA188的输出为1.53V ,同样11mV 条件下的 INA188输出为7.53V。 所以两种情况下都有30mV 的误差、为什么会出现这个误差、如何校准这个? PLZ 还为 INA188提供了 SPICE 文件。

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    尊敬的 Naga:

    这些问题可能是由 Howland 电流泵引起的、其中 Rsense 和 RL 电压差值超过了电源电压10Vdc、并且电路上不是线性的。  

    Vdelta = 20mA * 375 + 20mA * 165 = 7.5 + 3.3 = 10.8Vdc > 10 Vdc。 总之、我将 Vs 增加到大约15Vdc。  

    e2e.ti.com/.../INA188-Strain-Gauge-_2B00_-Howland-Ipump--500Gains-05022024.TSC

    上述直流输出特性必须在传感器工作范围内呈线性。  

    当我在模拟-1mV 称重传感器电压条件时,我看到 INA188输出为1.53V,同样在11mV 条件下,INA188输出为7.53V。 所以两种情况下都有30mV 的误差、为什么会出现这个误差、如何校准这个? PLZ 还为 INA188提供 SPICE 文件。

    由于增益为500V/V、INA188的失调电压将起作用、因此需要校准 Vout 与 Vsensor 范围。 校准 Vos 错误的两种方法。  

    1.调整 Vref 以补偿 Vos 误差。  

    2. 校准从-1mV 到11mV 的 Vout 输入、并确定 Vout 的斜率、使用 CMU 补偿误差。  

    Howland 电流泵也具有误差、因此最好能够校准出-20mA 与-1mV 至11mV Vsensor 线性范围。  

    关于 PSpice 文件、它已经位于仿真中。 请右键单击 INA188 --> Enter Macro、您应该会看到.txt 文件。  

    也可以通过下面的链接下载。  

    https://www.ti.com/product/INA188#design-tools-simulation

    如果您有其他问题、敬请告知。  

    此致!

    雷蒙德

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    我已经了解了如何调节 Vref 以补偿误差、但我没有理解您的两点(校准 Vout 与输入从-1mV 到11mV、并确定 Vout 的斜率、使用 CMU 补偿误差)。

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    尊敬的 Naga:  

    第2个点称为系统校准。 由于我们处理的是线性曲线、因此我们可以校准输出和输入之间电路内的所有中间误差。  

    1.输入:力(假设它是力、重量或压力)与线性的-1mV 到11mV。

    2. INA188以线性方式将-1mV 到11mV 的电压放大至 A--> B 电压。

    3. OPA197线性地将 A->B 伏转换为4 -20mA。  

    4. ADC 再次将-20mA 转换为电压、即 Vout (线性)

    假设在系统可接受的误差范围内充分了解温度、环境行为、影响变量和影响、您可以校准 Vout 与输入、其中 Vout 在最终 ADC 转换(CMU)中为0-3.3V、输入为-1mV --> 11mV 或第1步中的"力"。  

    由于这些是线性函数、因此您可以沿整体线性传递函数校准两个离散点、并以数学方式建立准确的线性关系、以描述 Vout 和输入之间的函数。 您可以始终使用附加输入参数来验证线性曲线、并确保线性函数关系有效。  

    如果您有其他问题、请告诉我。  

    此致!

    雷蒙德