[参考译文] ADS8598S：需要测量阻抗/电容的解决方案

您好、Sahil、  

感谢您在 TI E2E 论坛上发帖！

根据您的方框图、ADS8598S 是能够读取 32 个 PZT 通道的理想选择。 ADS8598S 是一款 8 通道 ADC、每个通道还具有一个集成前端、因此在输入信号小于  ADC 的±5V 或±10V 输入范围时、它可以从可配置的增益中受益。  

您能否提供有关“PZT 信号调节“块之后信号处理情况的更多信息？ 或者、您是否有我们可以审查的原理图、以确保为 ADS8598S 进行了优化配置？

信号的预期类型、范围和速度是多少？  是否使用/需要完整的 200kSPS 数据？  还是需要更高的采样率？

至于 DAC、该器件没有集成 DAC 来帮助测量阻抗/电容、但我们确实有 多种 DAC 可与 ADS8598S 一起使用。

此致、  

Yolanda

你好、Yolanda、

我们希望将 DAC 与  ADS8598S 搭配使用、这样 有助于 测量阻抗/电容。 请提出相应建议。

200KSPS 采样率就足够了。

你好、Yolanda、

我们 可以从以下任何选项中获得解决方案：

1.单芯片解决方案 (ADC + DAC)、可帮助我们从 PZT 读取数据、以及测量阻抗/电容。

2.单独的 ADC 和 DAC 解决方案。

根据我们的要求、让我们了解最具成本效益的解决方案。

您好、Sahil、  

目前、我们还没有针对 PZT 阻抗/电容测量的完整解决方案、但我可以提供有关该解决方案的 ADC 部分的建议。 请分享与 ADC 相关的系统相关参数。  

对于 DAC、请在 DAC 论坛上发帖以获取更多帮助以及相关的 DAC 参数  

此致、  

Yolanda

你好、Yolanda、

在探索过程中 、我们找到了 AD + DAC 解决方案。
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/afe4300.pdf?ts = 1755522468411&ref_url=https：%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FAFE4300

请告知我们这是否适合我们的应用。
此外、请在此主题中添加 DAC 专家以供他/她参考。

此致、
Sahil Nayak

您好、Sahil、  

AFE4300 是一款具有集成式 DAC 和 ADC 的器件、它还具有 4 个用于电压的多路复用输入、另一个用于电流测量、这将有助于进行阻抗测试。 即使这样、我仍然缺少 信息来衡量这是否适用于您的系统。  

请分享有关 PZT 和信号调节的更多信息、以便了解需要什么样的输入和输出。 可以分享 PZT 传感器的规格吗？ 预期的阻抗范围？

此致、  

Yolanda

你好、Yolanda、

到目前为止、我们已经达到了 PZT 传感器的输入电压范围、这在您帮助解决的另一个 TI 主题中提到过。

 问题：ADS8598S：询问 ADS8598S ADC 的合适选择和特性 

请告知我们所需的其他具体细节。

此致、
Sahil Nayak

您好、Sahil、  

对于这些范围、需要一个 DAC 并可能需要一个额外的增益级。 PMU 页面 包含有关这方面的一些有用信息以及有关器件的建议。  

对于阻抗和电容测量 、一些集成式多通道 DAC 器件在这方面可能非常有用

• TSMU818A030 、它可以实现+/–15V、并具有许多集成功能
• DAC8775 具有一些电压检测功能、但限制为 +/–10V
• DAC81416 可升至 +/–20V（或 0V 至 40V）、但仅包含 DAC  

此致、  

Yolanda

你好、Yolanda、

我们的系统中已经有一个 ADC ADS8598S、用于从传感器读取数据。 此 ADC 是否可以与您建议用于阻抗/电容测量的 DAC 搭配使用？

如果是、最好能以方框图形式进行解释、以便更清晰和更容易理解。

我不确定 DAC8775 和 TSMU818A030 如何根据我们的应用要求进行连接。

我相信 DAC81416 可与我们系统中当前使用的 ADC 一同用于 阻抗/电容测量。

非常感谢您提供详细的解释。

此致、
Sahil Nayak

你好、Yolanda、

您是否有任何要分享的更新？

你好、Yolanda、

建议的 PMU 成本非常高。

请推荐一种具有成本效益的阻抗测量解决方案。

由于我们的系统中已经有一 个 ADC、添加一个简单的 DAC 是否可以满足阻抗测量需求？

此致、
Sahil Nayak

您好、Sahil、  

接下来、我将请 DAC 团队提供一些帮助、他们可以 更好地选择 DAC  

此致、  

Yolanda

尊敬的  Sahil：  

您能否提供有关此应用的 DAC 要求的更多详细信息？ 您到底需要 DAC 做什么、在分辨率、通道数量接口类型等方面是否有要求？  

此致、

凯蒂恩·琼斯

尊敬的 Katlynne：

我们希望使用 DAC 进行阻抗测量。

效率较低 :传感器每个通道的输入电压范围有一个 ±50 V (100 VPP ) 的上限和一个<=±1 V (2 VPP ) 的下限,所以请 考虑相应的分辨率。

通道数 :我们有 32 个通道的传感器。 尽可能多的高通道会很棒。

接口类型 ：SPI 应该可以。 还有其他建议 吗？

此致、
Sahil Nayak

尊敬的 Sahil：  

我们没有跨越该电压范围的 DAC、因此这两种方式都需要外部增益级。 分辨率决定每个代码的电压阶跃。 因此、如果您需要 100Vpp 范围、每个代码使用 16 位 DAC 可得到 1.5mV 阶跃。 12 位 DAC 的输出电压为 24mV /代码。 选择更适合您的应用的选项（分辨率越高，成本越高）。  

您可以使用单极 DAC 并 向增益级添加偏移以创建双极输出（单极电压输出 DAC 到双极电压输出电路（修订版 A）)、或使用双极 DAC。  

 对于高通道数单极 DAC、我建议使用 DAC80516（16 位）或 DAC60516（12 位）。 或 DAC81416 （16 位）或 DAC61416 （12 位）、以实现高通道数双极 DAC。 您可以使用高压运算放大器来放大 DAC 输出。  

两种建议都支持 SPI。 DACx80516 还支持 I2C。  

此致、

凯蒂恩·琼斯

尊敬的 Katlynne：

感谢您提供意见。

由于我们为模拟传感器提供了 32 个通道、因此我们计划按照下面提到的方框图实现阻抗测量过程：

绿色框中的部分已经是系统的一部分。 然后添加该器件的其余部分、以便测量阻抗。

DAC：我们将使用单通道 DAC61401 生成激励信号。

PGA：我们将使用 PGA849 来 根据我们的要求提高信号的振幅。

模拟开关 4x：我们将使用 4x TMUX7612 模拟开关、并将连接到 PGA849 的输出。

由于我们有 32 个通道、我们可能一次开启 8 个通道、并通过 ADC 部分（绿色块中）读取其阻抗。  

我们的主要关注点是、当我们同时开启 8 个通道时、 从 PGA849 输出接收到的信号幅度不应发生任何变化。

请 确认此方法是否可行。

此致、
Sahil Nayak

尊敬的 Sahil：  

这种方法看起来可以、但您的器件选择可能是关闭的。 DAC61401 的最大输出为 ±20V、PGA849 的最大输出为 36V 单极或 ±18V 双极。 使用此 PGA 时、您将无法将 DAC 输出增益设置为±50V。 您是否确实需要结合 DAC 实现可编程增益？  您仍能够通过具有固定高压增益级的 DAC 改变输出电压。

我将此主题移至放大器团队、以便他们帮助您选择符合电压要求和负载要求的合适放大器来支持 8 个通道。  

此致、

凯蒂恩·琼斯

尊敬的 Sahil：

[报价 userid=“656392" url="“ url="~“~/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/1554893/ads8598s-require-solution-for-imepdance-capacitance-measurement/6010751 效率较低 :传感器每个通道的输入电压范围的 上限为±50 V (100 VPP ),下限为<=±1 V (2 VPP ),因此请 考虑相应的分辨率。[/报价]

能否提供关于 PZT 要求的设计信息？ 我假设大家讨论的是压电 传感器。  

如果 PZT 必须摆幅高达+/50Vpk、则运算放大器的驱动选项为 OPA455 或 OPA464。 OPA454 可能不足以驱动传感器。  

这是功率放大器的选型。

https://www.ti.com/product-category/amplifiers/op-amps/power/overview.html

此外、请提供以下资料。

1. PZT 的驱动频率

2. PZT 负载类型,等效 Spice 模型和/或电流要求

3.单电源轨或双电源轨。  

4、工作温度和/或散热方法。

5.成本?

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致、

Raymond

尊敬的 Raymond：

请查看以下所需详细信息：

1. PZT 的行驶频率:500Hz

2. PZT 负载类型,等效 Spice 模型和/或电流要求:数据不可用

3.单或双电源导轨: PZT 传感器本身在承受应力时产生电压。

4、工作温度和/或散热方法:–40°C 至+85°C 无需主动冷却

5.成本?:数据不可用

此致、
Sahil Nayak

尊敬的 Sahil：  

这是一项压电式驱动器设计。 它使用 OPA462、但您可以将 OPA455 用于驱动器、因为在正弦驱动下、输出摆幅高达+/–50Vpk（高达 500Hz）。 压电式传感器通常以悬空配置进行驱动（以更好的效率进行差分驱动）、但也可以将其驱动到 GND。   

https://www.ti.com/lit/ab/sboa502/sboa502.pdf?ts = 1757392624445&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

如果您能够提供传感器的 L、C、R 值、我或许能够为您构建一个仿真。  

如果您有其他问题、请告知我们。  

此致、

Raymond

尊敬的 Raymond：

感谢您提供的信息。

要使用该运算放大器、我们需要 添加一个 产生  ±50V 电压并将其馈送到运算放大器电源引脚的双轨直流/直流转换器。

这个解决方案不可能使用 PGA 吗？ 通过使用 PGA、我们不需要双轨直流/直流转换器。

尊敬的 Sahil：  

要使用此运算放大器、我们需要 添加一个 生成  ±50V 电压的双轨直流/直流转换器、该转换器可馈送到运算放大器电源引脚。

如果您能告诉我压电换能器 (PZT) 的拉电流或灌电流大小、我或许能够进行仿真。 例如、如果可以在浮动拓扑中驱动 PZT（差分）、则 ±50Vdc +开销（±5Vdc 范围）可能就足够了。 推挽式驱动拓扑的输出可将驱动器摆动高达 100Vpp。   

使用 PGA 是否可以获得此解决方案？ 通过使用 PGA、我们不需要双轨直流/直流转换器。

PGA 与上述设计没有太大不同。 是的、您可以使用 PGA 更改增益设置、但放大器驱动器部分仍需要拉取/灌入电流。 上述设计具有固定增益、但您可以使用几个开关并选择可选增益、这在功能上类似于 PGA。 PGA 通常集成度更高、占用的空间更小。  

或者、您可以在输入端设置可选增益、并使用差分输出驱动 PZT 器件。  

无论哪种情况、您都可能不需要具有 ±50Vdc 的双电源轨。 由于传感器以差分方式驱动、高达 85VDC 的单电源轨（例如 OPA596）可以驱动 PZT。  

[报价 userid=“656392" url="“ url="~“~/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/1554893/ads8598s-require-solution-for-imepdance-capacitance-measurement/6017541

1. PZT 的行驶频率:500Hz

2. PZT 负载类型,等效 Spice 模型和/或电流要求:数据不可用

3.单或双电源导轨: PZT 传感器本身在承受应力时产生电压。

[/报价]

基于此、正弦频率为 500Hz、摆幅高达 100Vpp。 我需要知道 PZT 的负载特性或电流电平、说<+/OPA455、然后就可以使用- 30mA 进行仿真。 –30mA 以上、我们可能需要走不同的路线。 您可以使用+/–55Vdc 双电源轨或~110Vdc 单电源轨。  

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致、

Raymond

尊敬的 Raymond：

到目前为止、我们没有所需的 PZT 传感器规格。 有了它后、我会告诉您。  我们在这里看到的唯一挑战是 在我们的系统中实现±50Vdc 的双电源轨、这也需要更大的空间。  

尊敬的 Katlynne：

您能告诉我们、 如果我们遵循建议的阻抗测量方法、通过验证哪个参数、可以说模拟信号中不会有负载效应或没有衰减？ 正如我前面提到的、我重新附加了我的方法。

尊敬的 Sahil：  

我们 在这里看到的唯一挑战是在我们的系统中使用±50Vdc 的双电源轨、这也需要更大的空间。  [/报价]

这是另一种驾驶方法,可以为您节省电源,对接 PZT 必须被差动或浮动。 借助两个 OPA596 或单个 OPA2597、您可以通过单个 50Vdc +开销驱动器。 在仿真中、我选择了 60Vdc。 实际上、单电源轨中的 55Vdc 可能适合驱动 PZT (100Vpp)。   

OPA596 是一款较低电流的功率放大器、能够 在整个温度范围内拉出或灌入高达±20mA 范围的电流。 电流较高的版本为 OPA593。 项目似乎处于概念阶段。  

这是仿真。  

e2e.ti.com/.../PZT-100Vpp-Driver-OPA596-09122025.TSC

关于下一级、DAC + PGA 可能会占用更多空间。  例如、您可以使用 DAC 生成调制的高频 SPWM（例如 100kHz 或更高）-->过滤后、您可以在 500Hz 下创建完美的正弦波形。 我不知道您有多少个增益级。 如果应用需要多个增益级、则 PGA 可能有意义、否则就没有必要。  

如果您想将查询转移回 DAC 团队、请告知我。 查询时间越来越长、我建议开始新的查询。  

此致、

Raymond

尊敬的 Raymond：

我懂了。 感谢您提出替代方法。

 该项目的设计阶段即将开始。 因此、我将确认一次客户所需的输入范围、然后根据需要创建一个新主题。

请将此主题移至 DAC 团队、以便我确认我的理解。

根据我的方法、我唯一担心的是、在放大器输出之后、我会向多个模拟开关发送相同的模拟信号。 我只需确保模拟信号没有负载效应、信号也没有衰减。

应该参考哪个参数？

尊敬的 Sahil：  

我认为、对于您最终选择的任何放大器、这仍然是放大器团队要回答的问题。 如果 DAC 之后有放大器（或 PGA）、则 DAC 会与模拟开关有效隔离、并且不会出现任何负载效应。

或者、您还想确认 DAC 的其他信息吗？  

此致、

凯蒂恩·琼斯  

尊敬的 Sahil：  

Katlynne 正确。 没有能够满足电压摆幅和电流要求的 PGA 运算放大器。 您必须使用 DAC-->PGA --> OPA596 来驱动 PZT 要求。  

我不知道您需要多少个可编程增益来满足您的要求。 PZT 通常采用差分驱动、因此最好将差分输入发送到 OPA596 PZT 驱动器。 PGA855/PGA281/PGA280和其他 PGA 可能是不错的选择。 如果您只有少数增益设置、建议使用多路复用器或模拟开关作为增益选择。  

如果您能够向我提供 PZT 器件型号或 Spice 模型、我可以为您模拟原理图。 我们有 OPA2596 运算放大器（应该在几周内完成 RTM）、这是一款采用 SOIC-8 封装的双路运算放大器、非常适合用于驱动应用。  

真实的 PZT Spice 模型通常如下所示。 因此、为了正确地进行仿真、我需要知道这些典型的 L、R 和 C 参数。  

https://www.ti.com/product-category/switches-multiplexers/analogue/overview.html

下面显示了 PGA 选择。  

https://www.ti.com/product-category/amplifiers/pga-vga/products.html#3229=PGA&sort=358max;desc&

BTW、上述大多数 PGA 运算放大器都由达拉斯的 PSC 团队提供支持。 如果您更喜欢使用 PGA 设计方法、请联系团队。

好极了。

Raymond

尊敬的 Katlynne：

我们拥有高电流 (~1A)、高压摆率任意波形发生器 DAC、能够生成±50V 信号。 我们计划将 DAC 信号连接到 PZT 传感器的所有 32x 通道。

上述连接设置是否具有任何加载效果？ 它是否能够同时驱动所有 32 个通道？

如果没有、请告诉我们此设置中可能出现的问题。

尊敬的 Sahil：  

这是什么 DAC？ 考虑到我们没有任何 50V 波形发生器 DAC、我预计它来自另一家公司、您需要询问他们该 DAC 的负载能力。 它们可能具有负载与调节规格、这些规格将告诉您负载时输出会受到怎样的影响。  

或者、如果来自 TI、请分享器件型号、我们可以查看具体细节。  

此致、

凯蒂恩·琼斯

尊敬的 Katlynne：

对回复延迟表示歉意。

我们正在与客户确认要求。 与我们开始时相比、要求发生了巨大变化。 因此、我将在这里再次介绍每个细节。

我们正在寻找一个大电流 DAC、它能够生成最大 ±3V 正弦信号以将其连接到 PZT 传感器。 以下是要馈送到 PZT 传感器的信号规格：

PZT 传感器电容：~100nF（每通道）
信号频率：2kHz - 700kHz
信号电压：±3V

根据我们的探索、我们按照上述规格（随附表）计算了驱动信号所需的电流、电流几乎达到要求 ~1.4A。

请告知计算是否正确、并相应地提供 DAC 建议。 此外、PZT 传感器有 32 个通道、因此我们还希望拥有一个高电流多路复用器、该多路复用器可以逐个连接每个通道和每个通道。

因此、请相应地建议器件、并告知我们当前计算是否正确。

如果需要更多详细信息、请告知我们。

e2e.ti.com/.../Current-Calculation.xlsx