工具与软件：
您好！
我正在设计 单端源(ADXL354加速计、输出阻抗为32千欧)与 ADS1288 Δ-Σ ADC 模型的接口。
由于我还没有 ADS1288的内部 PGA 差动放大器的详细信息、是否可以使用 THS4551或 THS4501型号(假设它们是相似的)。
谢谢你。
您好、Alec Saebeler、
非常感谢您的答复。
是的、我需要单端到全差动放大器级、非常感谢您的支持。
之后、让我来仿真内部 ADC 块。
ADXL354输出的串联电阻为32k Ω、我们将使用外部电容器27nF 将截止频率设置为200Hz、对于低噪声地震信号、最终 ODR 输出数据速率将为125Hz。
我在此处插入 ADXL335 MEMS 加速计的屏幕截图、该屏幕截图与目标传感器 ADXL354类似。
此致、
Lhagva
您好 Alec
感谢您的答复。
我再次查看了数据表、发现输入电压噪声转角频率约为10kHz。 但我们测量的信号是 0.1Hz 至100Hz 的地震信号范围。 您对转角频率小于10Hz 的低噪声 FDA 放大器有何建议吗？ 如果此类 FDA 不存在、我们也考虑使用两个运算放大器分立式电路。
我很高兴看到您的仿真结果。
此致、
Lhagva
Hi Lhagva,
下面是使用 THP210 (FDA)和 OPA2388双通道零漂移(斩波放大器)轨到轨输入放大器的初步电路。
备注：
-由于传感器具有32kOhm 阻抗,传感器输出需要缓冲以驱动 FDA。
-我选择了 OPA2388斩波放大器,因为斩波放大器实际上消除了1/f 低频噪声(斩波器不会出现闪烁噪声)
-该放大器电路在~100Hz 频率范围的频率下噪音非常低。
-由于传感器有0.1V 到1.7V 的输出,以0.9V 为中心, FDA 负输入以0.9V 为基准。
- 0.9V 由分压器推导出,该分压器源自加速度计的 V1P8ANA。
-我假设您打算对 ADS1285使用2.5参考。 如果情况不是这样、请告诉我。
请参阅以下初始电路：
问题：
1) 1) 您是否知道加速计的 V1P8ANA 是否能够驱动10k 至10k 分压器？ 如果不是这样、我需要在10K-10k 分频器之前添加另一个 OPAx388缓冲器。
2) 2)测量值是相对于 V1P8ANA 的比例式测量、因此我们需要使用一个电路对该电压进行增益并驱动 ADS1285基准输入、以获得更好的噪声性能。
这可以通过使用采用双反馈配置的另一个 OPAx388电路来驱动 ADC 基准输入和旁路电容器来实现。 请告诉我是否可以使用2.5V 的 ADC 基准；以及是否要继续采用这种方法、或要在一侧使用不同的 ADC 基准电路。
3) 3)我假设 THP210、ADS1285和 OPA2388由5V 单极电源供电、请告诉我这是否可以接受、或者您是否考虑使用不同的电源。
我得到您对上述问题的确认后、我就可以提供详细的仿真(以及如果您愿意的话、还可以提供 ADC 基准驱动电路)。
谢谢、此致、
Luis Chioye
Hi Lhagva,
我将前端缓冲放大器从 OPAx388更改为 OPAx187。 OPAx187也是一款斩波放大器、无闪烁噪声、但往往对源阻抗不太敏感。
斩波放大器提供非常低的温漂、无(1/f) 闪烁噪声。 此性能是通过使用内部校准电路实现的、该电路使用 MOSFET 开关对输入进行换向。 但是、斩波校准技术会在放大器输入偏置电流中产生小电流瞬态。 这些瞬态将流经放大器源阻抗、从而产生非常小的瞬态噪声信号。
OPAx187也是一款斩波放大器、但对源阻抗的敏感度较低、在高达500k Ω 的源阻抗方面工作时不会出现任何问题。 由于该应用在加速器输出端需要一个32kOhm +100pF 低通滤波器 、并需要一个分压器(我们在上面的帖子中讨论、您可能决定将分压器调整到更高的阻抗)、因此、我使用 OPAx187更改了缓冲放大器、因为该运算放大器对源阻抗的敏感度较低、请参阅下面的表5-1。 下面的应用手册提供了有关斩波放大器的更详细的说明。
优化斩波放大器精度
随附了 OPAx187 + THP210前端仿真结果和仿真文件。
- OPAx187 + THP210总输出噪声。 ADS1285的带宽(-3dB)为0.413 x Fdata (由于 FIR 数字滤波器)。 如果应用需要200SPS 的采样率、则 f (-3dB) BW 为~82.6Hz。 OPAx187 + THP210在82.6Hz 下的仿真总输出噪声为1.056uVRMS (或在使用6倍波峰因数的情况下为~6.3uVpp)
修改后的电路 OPA2187+THP210：
噪声仿真结果：
-瞬态模拟：
-小信号 BW：
OPAx187 + THP210 TINA-TI 仿真文件：
e2e.ti.com/.../THP210_5F00_OPA2187_5F00_Front_5F00_End_5F00_noise_5F00_transient_5F00_AC.TSC
-关于分压器,您可以使用一个1M Ω+ 1M Ω 分压器,(假设加速计/传感器可以驱动这个高阻抗)。 在 TINA 仿真中、电路的总输出噪声将增加到大约3uVRMS。 OPAx187将具有~500k Ω 的源阻抗、但仍可接受(根据该帖子顶部的表5-1)。
-对于 ADC 问题,最好通过在 数据转换器论坛上提交查询直接咨询 ADC 应用团队;因为他们有 ADC 产品组合的最新信息: https://e2e.ti.com/support/data-converters-group/
-我肯定会对基准放大器缓冲器仿真有所帮助;我会考虑使用 OPAx187 ; 我很快会用基准缓冲器仿真进行更新。 我预计美国时间周二晚上。
谢谢、此致、
Luis
尊敬的 Lhaghva：
OPAx388和 OPAx187斩波放大器很难补偿驱动大 REFIN ADC 旁路电容器。
使用 OPA210时、下面是一个良好的基准驱动电路。 OPA210是一款双极输入放大器、提供非常好的直流精度和低1/f 噪声。 运算放大器可以在5V 单极电源下工作、但输入共模需要来自电源的1.5V 余量、这在下面的电路中得到满足。
电路使用来自加速计的 V1P8ANA 并生成2.5V 基准电压以驱动 ADC。
基准电路稳定、在82.6Hz 下提供58nVRMS 的极低噪声。
OPA210基准驱动的噪声仿真：
e2e.ti.com/.../Reference_5F00_drive_5F00_OPA210_5F00_Noise.TSC
谢谢！
Luis
尊敬的 Lhaghva：
为了实现稳定性、电路需要使用 R3 4.02欧姆电阻器。 R4 (200m Ω)是可选的、有时该电阻器有助于瞬态响应、同时在其他要求更严苛的非缓冲 SAR ADC 参考输入上驱动 REF 输入。 在这种情况下、Δ-Σ ADS1285应用上不需要该器件。 您可以安装一个0欧姆电阻器、如果您担心面积/成本、则无需安装。 如果您愿意、您可以考虑在输入端添加一个 RC 滤波器、以根据应用中存在的噪声环境来滤除任何潜在的 EMI 或高频噪声。
需要根据该 应用中的增益误差和增益温度漂移精度要求来选择 THP210输入和反馈电阻器(R1、R2、R3、R4)的容差和漂移。 这些电阻会导致增益误差和增益误差漂移。 另外、V1P8ANA 分压电阻器的匹配将影响跟踪 V1P8ANA 稳压器的0.9V 基准精度。 对于输出端和其余电阻器的 R-C-R 滤波器、0.1%容差25ppm/C 通常就足够了。
使用陶瓷电容器时、为前端信号链上的 RC 滤波器和反馈电容器选择 C0G 高级电容器。 在表面贴装陶瓷电容器中、COG (NPO)陶瓷电容器可提供理想的电容精度和最低的失真。 COG (NPO)陶瓷电容器中使用的电介质类型在电压、频率和温度变化时可提供非常稳定的电气特性。
您可以使用 PSPICE-FOR-TI 上的 Monte-Carlo 分析来估算初始增益误差。 例如、在具有两个独立增益级的不同电路上、在室温下使用0.05%容差电阻器、将提供 ~±0.05%(近似值)的典型(平均 ±1标准偏差或平均~1 Σ)增益误差；以及最坏情况(假设±3 Σ 分布)±0.15%。
随附的是一个 pdf 文件、其中含有一个不同的 Monte-Carlo 分析电路示例。 pdf 文件记录了基本过程。
e2e.ti.com/.../Monte_2D00_Carlo_5F00_Circuit_5F00_Example_5F00_PSPICE_2D00_for_2D00_TI.pdf
谢谢！
此致、
Luis Chioye
