[参考译文] ADS131B04-Q1：电源模式之间的偏移差异

尊敬的 Kooistra：

这与 ADC 前面的电路有关。 我不知道您的电路是什么以及短路位置、但一个可能的原因是、您使用 的 电阻器不平衡、当输入电流流经它们时、会产生失调电压误差。 您可以通过移动短点的位置进行调试和检查。

BR、

Dale

短路点靠近 ADS131B04-Q1通道1输入引脚。 下图中的差分输入电容器 C63短路了。

注意：输入引脚相互短接。 它们也没有短接至 AGND、就像 MUX 0x01设置的作用一样。

尊敬的 Kooistra：

外部输入短路和内部输入短路之间存在差异。  只需 从外部短接 AINxP 和 AINxN 引脚。 但是、当 MUX[1：0]设置为0x01时、AINxP 和 AINxN 引脚在内部短接在一起、并且它们也连接到 ADC 的 AGND、请参阅  ADS131B04-Q1数据表中的以下简化输入电路。 您可以尝试将两个引脚短接至电路板的接地端、应该能够看到类似的 结果。

BR、

Dale

尊敬的 Dale：

感谢您的快速答复。

我知道多路复用器设置0x01还将两个输入连接到 AGND。 我在上一篇文章的最后一行中提到了它、这与在印刷电路板上所做的工作有所不同。

由于多路复用器也连接到 AGND、因此将多路复用器设置为0x01无法用于确定差分测量的测量偏移误差。 如果我错了、请纠正我。 较好的测量偏移误差确定方法(用于校正差分测量的测量偏移误差)是在外部将 ADS131输入引脚短接、而无需将这些引脚连接到 AGND。

我理解电气规格中列出的失调电压误差(以输入为基准)的方式是、这是只有输入引脚短接而未短接至 AGND 时的预期误差。

我±µV 输入参考失调电压误差为"典型值"、这是与均值的1 σ 偏差。 因此、观察到的偏移被视为在规格范围内。  µV 的是、µV 到目前为止测试的所有 ADS131B04-Q1都显示-16 μ A 和-19 μ A 之间的 ADC 读数平均值。 (或+16 µV 和+19 µV、 极性)这让我感到困惑、因为我本希望在典型的失调电压误差规格范围内获得更多随机结果。 即读数的平均值介于+20和-20 µV 之间。 这是可以预期的吗？

我也没想到不同功率模式之间的失调电压误差会有如此大的差异。 数据表中对于高分辨率功率模式(图6-4至6-7中的典型特性)、通道间的偏移误差差异和增益选择非常清晰、但我似乎找不到关于不同功率模式之间偏移误差差异的任何提及。 根据我们的测试结果、低功耗模式的失调电压误差规格似乎比高分辨率功耗模式和超低功耗模式更好。 这是可以预期的吗？

此致、

干湿

编辑2025年04月24日：

注意：上述值在 ADC 输入端是内部值、因此在可编程增益放大器(PGA)上是内部值、而不在 ADS131B04输入引脚上。 要获得规格中所述的"以输入为基准"值、上述值应除以32。

您好 干草、

感谢您的澄清。  

对于许多为差分输入使用单极单电源的 ADC、正负输入引脚应  在1/2 Vs 处短接在一起 以测量模拟前端和 ADC 的失调电压误差、ADS124S08 是与此类似的 ADC 之一、在内部短接至(AVDD+AVDD)/2。  

ADS131B04-Q1具有集成的负电荷泵、允许通过单极电源实现低于 AGND 的输入电压、因此可以将输入短接至 AGND。 在内部或外部短接已连接至 AGND 的输入是检查以输入为基准的失调电压的简单方法。

我对 ADS131B04-Q1EVM 进行了测试。 可以从下表中看到结果、在内部或外部将输入短接至 AGND 会显示出类似的结果、也与规范匹配、但是不到 AGND 的外部短接会在某些通道上显示出略高的失调电压误差、但它们仍符合失调电压误差的最小/最大规格。

我建议您进行 类似的测试。 如果从代码到电压的计算是正确的、并且 测得的失调电压误差远高于我在 EVM 上测得的值、这表明您的电路或 PCB 板设计可以得到改进。 正如我所检查的、测得的失调  电压误差应在不同模式下接近、它可能略高于数据表中指定的典型规格、但它肯定应该处于最小/最大范围内。

BR、

Dale

尊敬的 Dale：

感谢使用评估板进行检查：失调电压误差看起来非常好并且确实符合规格。

在 μV 的 μV 中、"外部短接至 AGND "显示的平均电压为16.8 μ V (代码为117.4、LSB 为0.143 μ V)。 与您在评估板上显示的值大不相同。

在 μOhm 设计中、模拟地和数字地仅在 ADS131B04-Q1下相互连接、通道1输入通过22 μ Ω 分流电阻器连接。 (分流器的一侧处于模拟和数字接地电位)分流器和通道1输入引脚之间存在一个与数据表非常相似的滤波器电路。

在失调电压误差测试中、差分滤波电容器 C563短接、因此非常靠近通道1输入引脚。

请 μV、添加共模滤波电容器 C562和 C566 (均为10nF)会使失调电压误差恶化至该值的大约两倍(28 μ F)、而差模滤波电容器 SOT-563仍短接。 这里可能有一些问题、但我看不到根本原因。

编辑2025年04月24日：

注意：上述值在 ADC 输入端是内部值、因此在可编程增益放大器(PGA)上是内部值、而不在 ADS131B04输入引脚上。 要获得"以输入为基准"的值、上述值应除以32。 μV 的28 μV 除以32在输入端约为0.88 μ V。 因此、在失调电压误差规格范围内、但很奇怪、所以会对添加共模滤波电容器产生这种影响。

您好 干草、

C563差分电容器的容值是多少？ 当您短接 C563时、您是否根据我的建议尝试将其短接至 AGND？

BR、

Dale

差分电容器 C563的值为100nF。 我们要测量直流。

μV SOT-563 (短接两个 μV 1输入)并将其短接至 AGND 也会导致测量到的偏移误差为27 μ V (代码为188.7、LSB 0.143 μ V)：与放置 C562和 C566 (均为10nF)时非常相似、并且与将 MUX1[1：0]寄存器设置为0x01大不相同。

看起来输入到 AGND 的任何外部短路或任何共模电容(22 pF、1nF 或10nF)到 AGND 都会增加测得的失调电压误差。

您好 干草、

188.7是平均代码吗？ 您从 ADC 收集了多少数据？

外部公共电容器不应增加偏移误差、EVM 板具有差分和共模电容器、我使用它们收集上表中所示的数据。

我不确定是什么导致了差异、 您是否使用 LDO 为 ADC 提供 AVDD 电源？ 您的板是否是2层电路板？

BR、

Dale

尊敬的 Dale：

PCB 为四层。 到 ADC 的所有线路都布置在顶层、下面的一层是连续接地。 ADC 下方或其他层的输入线下方没有其他开关线路。 188.7确实是平均代码。 这是500个样本的平均值。 过去、我们采集了更多样本、但在超过500个样本时、平均值和标准偏差没有显著变化。 每500ms 收集一次该平均值的新单个数据点。 因此、总数据采集时间仅超过4分钟、采集了500个不相关样本来确定平均值和标准差(噪声)。

我们不使用 LDO、而是使用降压转换器为 ADC 供电。 AVCC 输入端上有一个低通滤波器。 我已经禁用了 PCB 上的升压转换器、切断 ADC 的电源、然后使用台式实验室电源提供3.3V 电压、但结果是相同的。

μV 的是、当 MUX1[1：0]寄存器设置为0x01时、在我们的本例中给出的偏移误差测量值约为4 μ V、但我希望它与您通过评估板显示的值类似。

我也尝试切换输入：两个通道1输入都具有2k 输入电阻(也尝试了1k 和200欧姆、没有任何影响)和靠近引脚的100nF 差分电容器。 正输入将在分流器的 AGND 侧附近、如数据表中的典型电路所示。 将电阻器连接切换至一侧的 PCB、从而切换输入(分流器 AGND 侧的负输入)在测量时会对失调电压误差产生很大影响。 但仍不接近典型的预期值：

当输入在外部或内部短路时、开关输入不会产生影响。 我提到这是另一个观察结果、希望它可以提示我们观察到的偏移误差差异的原因。

此致、

干湿

您好 干草、

始终建议对 ADC 使用 LDO、开关电源肯定会引入额外的失调电压误差、但是布局或其他设计可能会在测试中导致此误差、因为使用内部短路时会看到小误差。

我认为添加或更改串联电阻值不会帮助减少误差、因为我们的 EVM 还使用1k Ω 串联电阻、并且1k Ω 值不会太高、不会引入明显的噪声或对偏移误差测量产生影响。

我不确定您是否尝试过测试、请移除 AINP 和 AINN 引脚上的串联电阻器并从分流器断开输入、只需将这两个引脚尽可能靠近输入端(可能位于100nF 差分电容器的位置)短接并将其连接至模拟地。

BR、

Dale

尊敬的 Dale：

感谢您与我们一起思考。 我花了几天时间来安排零件、并找到一些时间进行测试。

ADS131B04 AVCC 原始电源。
MUX1[1：0]设置为0x00。
移除了2k Ω 输入电阻器。
通道1输入引脚短接至 AGND
µV 的失调电压误差-26.9 μ V (代码-188.3)
与使用输入电阻器的早期测量结果非常接近/相当。

ADS131B04 AVCC 通过 LDO 供电。
MUX1[1：0]设置为0x00。
移除了2k Ω 输入电阻器。
通道1输入引脚短接至 AGND
µV 的偏移误差-26.3 μ V (代码-184.1)
与之前在没有 LDO 电源的情况下进行的测量非常接近/相当

ADS131B04 AVCC 通过 LDO 供电。
MUX1[1：0]设置为0x01：因此内部短接至 AGND。
移除了2k Ω 输入电阻器。
通道1输入引脚短接至 AGND
µV 的失调电压误差3.4 μ V (代码23.7)
与 µV 在没有 LDO 电源的情况下进行的测量非常接近/相当、且不接近预期的0.4 μ V 典型失调电压。

我别无选择。

已测试是否在平均时间内也降低所有 SPI 线路的驱动强度、而不会产生明显影响。

经过测试、在平均时间内提供外部8 MHz 时钟代替内部8 MHz 振荡器、而没有明显的影响。

已测试是否在平均时间内添加额外的接地平面连接、而不会产生明显影响。

我想我下周将焊接一个 ADS131M04、因为我不记得过去使用该芯片时看到了这种失调电压误差。

此致、

干湿

编辑2025年04月24日：

注意：上述值在 ADC 输入端是内部值、因此在可编程增益放大器(PGA)上是内部值、而不在 ADS131B04输入引脚上。 要获得"以输入为基准"的值、上述值应除以32。 因此、在失调电压误差规格范围内、但很奇怪、所以请看外部短路和内部短路之间的这种差异。

您好 干草、

是否所有频道都显示相似的结果？ 您是否尝试过其他设备？ 如果是、则可能 是由 PCB 布局引起的。

BR、

Dale

尊敬的 Dale：

我们还有四个其他 PCBA、它们具有不同的 ADS131B04、显示非常相似的失调电压误差、在 ADC 输入上约为17 μV (以0.525 μV 输入为基准、增益为32)。

我可能尚未使用 ADC 输入电压清除(在 PGA 之后)。 问题并不是测得的偏移误差不在规格范围内。 但这种情况在功耗模式(高分辨率、低功耗)以及外部短路和内部短路(通过多路复用器设置)之间有很大不同。 我们无法针对一种功率模式或使用内部短路进行校准、而是使用校准值在另一种功率模式下进行校正。

此致

您好 干草、

感谢您的澄清。 有一些困惑。 我想您显示的值已经除以增益。

当您在电源模式之间切换时、您是否更改了主时钟频率？

根据您的最新信息、内部短路和外部测试中的失调电压误差均在失调 电压误差规格范围内、它们之间的差异(内部为0.1uV、外部为0.82uV)肯定是由 PCB 布局引起的。

BR、

Dale

尊敬的 Dale：

很抱歉、混淆不清、我本可以在第一篇文章中更好地说明输入参考值。

通过将 PWR[1：0]位设置为10b"高分辨率"(8.192 MHz)、可在功耗模式之间切换

对于"低功耗模式"(4.096 MHz)、设置为01b；对于"最低功耗"(2.048 MHz)模式、设置为00b。

使用内部振荡器时、主时钟频率不会执行任何操作。

我也使用外部时钟6 MHz 进行了测试、并且值处于高分辨率模式和低功耗模式之间。

通常、我在以较高速率进行采样时期望输入偏置电流或较高的负载电流。 但 µΩ 端没有电压、并且它们由22 μ Ω 分流器有效短接、没有电流通过该分流器：

尊敬的 Kooistra：

Dale 今天不在办公室,他将得到回应你的最后一篇文章下周初

-布莱恩

您好 干草、

感谢您对时钟的澄清。 我之前展示了 EVM 在高分辨率模式下的测试结果。 我刚刚在 EVM 的不同模式下再进行了一项测试、请查看下面的结果。 在不同的模式下、外部短路略有变化、但所有这些结果都符合 B04数据表中所示的失调误差规格(启用 GC 时、最大值/min 为+/-4uV)。

根据您分享的图像中显示的最新测试结果、HR/LP/VLP 模式下的大多数测试结果 都在-1.5uV ~1.5uV 范围内、所有测试结果都在-2.2uV 至+1.5uV 范围内、您的测试结果也符合规格。   MUX=00时 HR 模式下的测试数据略小于其他条件、但这与我在 EVM 上的测试结果一致。 只要符合失调电压误差的规格、我就没有看到任何问题。

如果您有任何其他问题、请告诉我。

BR、

Dale