[参考译文] ADS124S08：使用 ADS124S08 的 ADC 前端设计不耐工业噪声、性能比上一代设计差

你好、Taylor Sullivan-Peters

您能帮助我们了解噪声进入系统时的样子吗？ 运行 FFT 后是否看到特定频率？ 您是否计算出输出数据中的更多噪声？ 请提供图表/数据/等、以便我们了解您所看到的内容。  明确标注您共享的信息。 在可能的情况下在之前/期间/之后提供、以便我们可以看到噪声随施加 EMI 而发生的变化

您能否提供一个原理图、以便了解系统中的输入和电源保护元件？ 最好检查 ADC 连接

您是否尝试过通过移除/更换某些组件来使用 ADS124S08 创建单端测量系统、从而将新系统“转换“到旧系统？ 根据方框图、这似乎是合理的、除了我不清楚您如何（或为什么）在之前的设计上拉至 160mV（而不是只是上拉至电源）

CS 器件不支持使用单极电源进行低电平单端测量。 但是、如果您向 NBV 引脚提供负电压、 实际上在这种情况下可以测量“单端“信号（实际上，它们只是对该信号进行电平转换并将其转换为差分信号）。 这是你在做什么? 请注意、使用 ADS124S08 也可以实现相同的配置、只需使用双极模拟电源（例如+/–2.5V）、而不是偏置 NBV 引脚

-布莱恩

谢谢你的回答！  

一些有关错误如何首先显示的信息。 如下所示、当系统连接两个悬空的热电偶连接时、由于我们的前端、我们预计它们会表现出非常高的温度、而当附近的逆变器不存在 EMI 时、我们会看到这种情况。 以下图片显示了两根热电偶延长电缆、未连接热电偶。  

这种情况下的软件接口会显示以下输出、符合预期：  

该过滤器再次复制 32 次：  

我认为您对上一代 ADC 上 NBV 引脚的负电压完全正确。 我漏掉了 ADC 提供内部电荷泵引脚的细节、旧设计使用该引脚为 NBV 产生负偏置、然后将系统 GND 连接到负差分输入、将 TC 信号连接到正差分输入。 请参阅我的上一代原理图标记副本、如下所示：  

尊敬的 Taylor：  

布莱恩此时已不在办公室,让我看看我能不能提供帮助。  

我注意到您在 AVDD 引脚上有电感器 — 是否有这样的原因？ 我认为电感器会提高对 EMI 的敏感性。

您是否遵循最佳布局实践来降低 EMI（最小过孔，良好的接地返回路径等）？ 您是否使用与上一代相同的热电偶+电缆？

谢谢、

Maggie

Maggie、  

您能否详细说明一下为什么您认为铁氧体磁珠会增加 EMI 敏感性？ 这是我们使用的器件： https://www.digikey.com/en/products/detail/murata-electronics/BLM15BX601SN1D/4421093?s=N4IgTCBcDaIEIBkCyBGArHAGgNgAwoGUA5FAERAF0BfIA

我的理解是、串联磁珠将有助于进一步衰减来自电源的 HF 噪声、但在直流时、它应该看起来像短路。  

是的、我们遵循了在布局中预防 EMI 的通用最佳实践、是的、我相信它们使用的热电偶和电缆与上一代相同。 我将验证这一点、但我相信在将相同的电缆+ TC 组合从旧设备更换为新设备时会出现此问题。  

尊敬的 Taylor：  

啊、我看、我没有意识到这是一个铁氧体磁珠。 但是、我们不建议为 ADS124S08 使用电感电源。  

原理图中是否有任何保护电路、如 TVS 二极管？

谢谢、

Maggie

感谢您发送编修。 我会将移除铁氧体添加到调试选项列表中。  

我们在热电偶输入端有 TVS 二极管。 我们正在使用此部件： DT1240-04LP-7。 我选择该器件是因为它具有非常低的电容和超过偏置电压轨的工作电压。 在选择保护部件时、我还应该考虑其他因素吗？  

我认为、如果泄漏电流是一个问题、它也会在正常条件下出现、但我们已经验证了实验室/工作台性能对于该前端非常好、并且仅在存在 EMI 时才会遇到这些问题。  

尊敬的 Taylor：  

该设备对我来说似乎是合理的。 这是一份应用手册、其中包含有关 EMI 设计的一些一般提示： https://www.ti.com/lit/an/sbaa548a/sbaa548a.pdf

谢谢、

Maggie

谢谢 Maggie、我将更详细地查看文档、但乍一看、它似乎不包括我们在处理此问题时未考虑到的任何内容。  

我在这里的问题是、我们是否有任何价值探索替代偏置拓扑？或许我们采用高值偏置电阻的 1/2 Vs 方法有助于噪声拾取？  

我们没有机会皈依。 我一直不愿对我的电路板进行重大的白线修改、而转换需要我们从电路板上取下 ADC 并切割两条迹线、如下所示。 在我看来、在几乎所有情况下、在这种情况下、差分测量应该对我们有利、因此我想看看单端测量如何会有所帮助。  

我的 20M 偏置电阻器的容差规格仅为 5%、我想知道这是否是问题的一部分。  

EMI 在电阻中感应电流->不同的电阻值会导致差分输入电压误差->我们的温度读数存在误差。  

我计划在一个电路板上用 1%公差的器件替换 5%公差的器件、以此进行测试。  

我同意使用替代偏置方法有助于减小长引线电压误差、这可能不会直接解决此问题、但它可能允许我们返回 1M 偏置电阻器、使其不易受到 EMI 干扰的影响？  

丢失烧毁检测对我的客户来说是一个主要的缺点、但这可能是他们愿意为消除 EMI 问题而做出的权衡。  

快速跟进：我不确定是否改用您描述的偏置方法、这将是一个很好的方法、可以确认我们已在短期内解决了 EMI 问题、因为我的客户看到的准确症状是 EMI 挫败了 TC 烧毁检测。 如果我们更改偏置方法、那么烧毁检测就会通过设计实现。  

我误解了单端建议、我想我可以通过这种方式将电路板修改为单端：  

尊敬的 Taylor Sullivan-Peters：

是的、通过将 REFOUT 应用到 AINN、您也可以使用此伪差分设置来偏置 TC。 请参阅 Maggie 链接到的 TC 测量基本指南文档中的第 2.5 节。 请注意、在这种情况下、您仍然会获得烧毁检测。 请告诉我们这样是否会改善 EMI

如果您增加输入滤波会产生影响。 我注意到旧板上的滤波器截止频率约为 15Hz、而新板上的滤波器截止频率为 500Hz、因此幅度差大于 1 个数量级

另一件事：您应该移除基准输入上的电容、然后将电阻器替换为 0 欧姆。 这是因为当缓冲器被启用时、REFN 引脚可能难以一直驱动到电源轨 (AVSS)、因此在这些情况下（默认情况下为禁用状态）、将基准缓冲器保持禁用状态。 禁用基准缓冲器会增加漏电流、从而导致 150 电阻器上出现误差。 因此、为什么应该将其替换为 0 欧姆

-布莱恩

Bryan、听起来不错、我没有遵循建议的设置、但现在我正在遵循第 2.5 节、看起来它有一个很好的方法。 我特别喜欢它 、因为它所涉及的 PCB 更新比我担心的要少得多、如果事实证明它是解决方案。  

我的客户进行了一些测试、表明降低滤清器角并不能完全解决问题、但我计划尽快进行一些更详细的分析。 我可能会调整这一点、以便通过仅使用 BOM 更新以及用 0 欧姆替换电源铁氧体来解决问题。 如我所知、我会继续跟进、希望今天或明天。  

也感谢 RTD 电路的反馈、我将进行这些更改。 只是,我很清楚,在上图中 R19 可以保持在 150 欧姆吗?  

谢谢！

尊敬的 Taylor Sullivan-Peters：

我很清楚,图片上的 R19 可以保持在 150 欧姆吗?  [/报价]

是的、您可以按原样保留 R19 和 C38

-布莱恩

在执行一些其他测试后、我可以分享更新以及解决方案候选项：  

-将我的偏置电阻器从 20M 降低到 1M 似乎解决了这个问题,然而,我没有对此进行广泛的测试,因为 1M 电阻器已被证明会因泄漏电流而在长引线式热电偶中引起测量误差,因此它们不是最终修复的候选方案。 我刚刚运行此测试以帮助缩小发生的情况、在我 看来、它指向了 20M 电阻器的高阻抗节点、从而拾取差分耦合 EMI。  

-在我的热电偶的正极和负极引线之间放置一个 20M 电阻似乎也可以解决这个问题。 同样、我没有对其进行大量测试、因为我担心这会对固件执行的曲线拟合产生影响、从而将热电电压转换为温度。 我已经做了一些研究、但没有发现任何参考此方法作为热电偶测量的方法、我会毫不犹豫地在电路中执行一些没有文档记载的操作、该电路需要非常高的精度。  

-降低我的输入滤波器角有帮助,但没有完全解决这个问题。 我在一个小时内对这种情况进行了广泛的测试、将修改后的信道与未修改的信道进行了比较。 下面是一个标记过的原理图、显示了我使用的值。 如果原始滤波器显示了热电偶开路时的 EMI 导致在 80°C 至 150 °C 范围内的温度读数、则滤波通道仅显示 700°C 至 800°C 范围内的温度。 我预计在未出现 EMI 问题的开放式热电偶测量上会看到>900C、因为这表明我的 ADC 栏杆是由于前端的偏置网络而导致的 任何低于大约 900C 的值都意味着 ADC 在输入端看到差分电压为 39mV。 如果这种激进的滤波器仍然无法完全消除噪声、那么噪声的频率似乎相当低。 我认为这可能是 50Hz 至 60Hz 的噪声、但即使是与热电偶并联的高阻抗差分示波器或 DMM 也会使问题消失、因此我无法很好地直接测量噪声。  

-白色接线热电偶文档第 2.5 节中所示的备用偏置方法 似乎已完全解决问题 在经过大约 2 小时的测量后、将修改后的通道与未修改的通道进行比较。 我可能会多做一些测试、以验证我没有看到任何错误、因为我的 EMI 误差在某种程度上是间歇性的、具体取决于被测通道。 我认为原因是、与上一代硬件类似、单端测量为 VREF 虚拟接地的“差分“EMI 噪声提供了直接耗散路径、而在我的原始偏置设置中、差分电路的两个引脚都具有非常高阻抗的通过 20M 电阻耗散路径。  

尊敬的 Taylor Sullivan-Peters：

给您的两个问题：

• 我很好奇、与 20Mohm 电阻器相比、1Mohm 电阻器的误差有多大？ 是线性的吗？ 另外、您是否尝试过任何中间值（如 5Mohm）、看看这是否在消除噪音和不增加过多误差之间达到了良好平衡？
• 逆变器的 EMI 中是否有签名或错误配置文件？ 也就是说、如果我们想测试稳健性、最好能知道您向系统注入了什么类型的噪声。 通常、我们在测试中使用 IEC61000 标准

-布莱恩

Bryan、  

由于长引线和漏电流导致的失调电压已经过几年了、因此我很难找到数据。 然而、根据我的估计、在我们的应用所需的极长引线长度下、只有 20M 电阻器具有足够的性能。  

我一直在努力描述输入的 EMI。 我怀疑它在 60Hz 频带、因为我的 16Hz 滤波器未完全滤除噪声、但探测输入往往会使问题消失、我的频谱分析仪也没有下降到足够低的水平、无法提供有关我使用的硬件输出的频带（连接 220VAC 的风机电机和交流/直流逆变器）的信息。  

如果您对如何测量有任何建议、我将不胜感激。  

尊敬的 Taylor Sullivan-Peters：

感谢您提供此信息、我目前没有任何其他信息可供分享

听起来这个特定问题已经解决、如果您有更多问题、可以随时创建新主题

或者、如果您有任何与共享/询问相关的其他内容、此主题应保持开放 30 天

-布莱恩