[参考译文] ADS1231：ADS1231 称重秤上电后的第一次转换偏移 (ADS1235 OK)

我想修改“所有后续周期（0mV1mV1mV……）     完全一致。“ 成为 “所有后续周期 (0mV→1mV→0mV...) 完全一致。“

您好 Jony、

这里有一种可能的解释、这是由不正确的上电复位引起的。  如果在上电周期之间关断时间少于 60s 而对器件下电上电、则会发生这种情况。

ADS1232 数据表提供了建议的上电时序、您也可以将其与 ADS1231 配合使用、以避免出现这种可能的问题。  但确实需要主机处理器控制器件的/PDWN 引脚。  请参阅 ADS1232 数据表中的第 7.4.5 节。

此致、
Keith Nicholas
精密 ADC 应用

尊敬的 Keith：
关于 ADS1231 实现的更新。

感谢您发送编修。 我已根据本主题中讨论的解决方案更新了固件。

目前、我们的信号仿真器 (0~10mV) 用于另一个项目的环境高温/低温测试。 因此、我们无法立即执行实际验证。

测试周期需要数天。 我  最早可以在星期三（台北当地时间）上验证修复程序。 一旦测试结果可用、我将随时向您发布。

希望这个问题能够得到解决。  

BR。
Jony。

您好 Jony、

感谢您的更新。  希望修改后的上电序列有助于解决问题。

此致、
Keith

您好、Keith：

感谢您发送编修。 我们实施了建议的解决方案并完成了验证测试。 但是、这个问题仍未得到解决。

您能否提供进一步的指导或其他建议来帮助我们解决此问题？

BR。

Jony。

您好、Keith：   
首先、验证方法不正确。

这不是在每次复位和上电后重复观察 0mV 的 ADC 输出的情况。
相反、正确的验证程序如下所示：

在上电之前、首先将信号仿真器输入设置为 0mV、然后在记录 ADC 转换结果时应用以下输入序列：

0.0mV→1.0mV→0.0mV→1.0mV

从测量表中观察到的结果

根据数据、第一次 0mV 测量（ADC 输出连续转换，而不仅仅是记录的第一个转换结果）显示了与第 2 次、第 3 次、第 4 次和第 5 次 0mV 测量值相比明显的偏移。
差异大约是 37 个内部 ADC 代码。

但是、如果在上电前信号仿真器设置为 1mV、则应用以下序列：
1.0mV→0.0mV→1.0mV→0.0mV 此现象不会发生。

===================================================================================================================================================

1.) 无论我们是读取原始 ADC 代码（无任何累加，均值计算或滤波）、还是应用多样本均值计算、FIR 或 IIR 软件滤波、结果都保持不变。

2.) 上电后 、ADC 将持续读取转换数据。 我只在 10 秒后开始了我的实验（我甚至等待了 5 分钟到 1 小时,让它预热,然后再录制）。

3.) 电路中使用了 X7R 多层陶瓷电容器。

4.) 这种行为不限于单个板。 我们测试了三种不同的板（不同的型号，均使用 ADS1231）、所有板上都会出现相同现象。

5.) 使用的信号模拟器是 Vishay BLH 625。 OIML（国际法律计量组织）也使用此模型进行验证。
在 ADS1231 上观察到这种现象后、我们使用了相同的仿真器来验证其他 ADC (ADS1235 和 CS5530)、并且在这些器件上未观察到此类问题。

您好 Jony、

我建议将 C5 更改为 C0G；这可能是问题的一部分。   

此外、VREFN 应直接连接到 REF-、而不是通过配置中的开关连接、因为在配置中、电桥始终通过 5V 电源偏置。  为了进行快速检查、我只需将 VREFN 短接至地即可查看这是否有作用。

该开关仅用于在 ADC 处于待机状态时通过将 SCLK 引脚保持为高电平来关断电桥。  在本例中、如果根据数据表中的图 21 使 SCLK 保持高电平、则 REFN 引脚将悬空、这可能是奇怪行为的一部分。

此致、
Keith

您好、Keith：

#组件交换测试我从官方 TI 参考板 (ADS1231REF) 上移除了电容器 C6,并将其安装在 PCB 上的 C5 位置。 然而、这个问题仍未解决、没有显著改善。

 #I 未使用待机模式（使用 25 个 SCLK 脉冲读取数据）、也未使用断电模式（复位和上电后，PDWN 引脚保持低电平 10ms，然后拉至高电平）。

 #电路设计仅根据 ADS1231 规范保留一个开关。 如下面的原理图（以红色突出显示）所示、VREFN 直接连接到接地端以进行测试。

测试的好消息。

进行此修改后、精度从 37 提高到 18（请参阅以下数据）。

 请问在哪里可以修改它以缩小这一差距？

您好 Jony、

我不确定您可以在现有电路板设计中轻松更改哪些内容、但您正在接近器件的本底噪声。  温度每变化 1°C、预计会发生 8 次代码变化。

我建议在模拟输入和基准输入端为差分滤波器添加电阻器。

此外、由于您不使用负载开关、因此只需将 SW 引脚保留为“不连接“、类似于下面建议的图。

此致、
Keith

嗨、Keith  

我们已经在没有任何滤波器的情况下 按精密源将 0V 直接应用到 ADC  

但第一个读 数始终高于第二个和后续读数

你有什么想法吗？ 谢谢

嗨、Keith

根据您建议的解决方案、我需要重新生产 PCB 并购买 C0G 电容器。 这需要一些时间。 一旦新的 PCB 原型到达并完成实验、我将主动通知您结果。

我想说的另一点是关于您提到的温度变化的影响。 然而,我的实验只持续了大约 1 到 2 分钟在室温下（20 摄氏度）。 这是否也会导致我们一直在讨论的问题？

您提到不使用 SW 引脚；我修改了接线、如下图所示（SW 断开连接）。

测试结果表明、ADC 转换值的差异​​保持不变（大约 18）、但电流降低了 1mA。

BR。
Jony。

您好 Jony、

除了将电容器更改为 C0G（特别是 ADC 输入滤波器的电容器和 CAP 引脚）、您可能需要在每个 CAP 引脚到 AVSS 之间添加共模电容器。

我无法重现您在实验室 ADS1231REF 板上看到的测量偏移。

此致、
Keith

您好、Keith：

我停止了新的 PCB 设计和制造、因为我能够在 TI 的 ADS1231REF 评估板上重现这种现象。

我使用了 TI 评估板并连接了信号源 (Vishay BLH 625) 以生成 0mV 和 1mV 输出、这些输出应用于评估板 SIG+和 SIG−输入 (J4 和 J5)。

评估板由 BT1 位置的 9V 方形电池供电、并通过 J1 连接到计算机。

根据用户指南进行说明
www.ti.com/.../sbau175a.pdf

第 5.2.5 节、通过从 PC 发送命令来读取原始数据。

该实验在室温 (20°C) 下进行、整个测试持续时间约为 10 分钟。

测试数据说明：
我在 0mV 和 1mV 的条件下执行了 10 次采样、总共重复此操作 6 个周期。 下表显示了相关数据（十六进制格式）。

注意：
在上电复位之前、必须将 SIG+/SIG−信号源设置为 0mV。 仅当实验在上电前施加 0mV 时、才会出现这种现象。

16 轮转换乘以 10（推测公共板输出应该是 24 位输出、因为公共板显示最后 2 个增量）、如下表所示。

24 位输出太凌乱、因此我丢弃了 2 位、重新组织了它、然后取了下表中所示的平均值 AVG。

​​周期 2_0、3_0、4_0、5_0 和 6_0 中 0mV 的值关闭、但与周期 1_0 相比、最大有 21 个计数的差异。

还可以看到、​​周期 2_1、3_1、4_1、5_1 和 6_1 中的 1mV 值已接近、但与周期 1_1 相比、最大计数差为 13 个计数。

如果 OIML 认证单元在验证电子秤时使用 0mV（周期 1_0）进行空载校准、但在验证重量时切换回 0mV（周期 6_0）设置、则会发生错误。

BR。

Jony。

嗨、Jony、

我使用 ADS1231REF 电路板运行了一些其他测试。  我将一个负载单元仿真器设置为 2.5mV、并连接到电桥输入 J5。  我发现使用我现有的仿真器时、0mV 设置的变化过大、因此我将仿真器保留为 2.5mV、并使用 J8 上的分流器直接将 ADC 输入短接。

安装分流器后、我使用连接到 J2 的外部 6V 电源为参考电路板供电。  与 9V 电池类似、板载稳压器 U1 将 AVDD 电压调节至 5V。  我还连接了一条 USB 电缆以使用 GUI 软件。

电路板上电后、我等待了大约 2 分钟、以便一切都稳定下来。  然后、我使用均值计算后滤波器 10 开始采集数据、等待大约 200 个样本（20 秒）来建立一个 0mV 的稳定输出代码、然后我移除 J8 上的分流器、等待大约 20 秒、然后在 J8 上重新安装跳线。  如下所示、输出在接近初始零值（–3320 平均代码）时重新稳定大约需要 40 秒。

然后、我重复了测试、但使用了 100 的均值计算后滤波器来更好地观察稳定时间。  在这种情况下、我从大约–3330 的零代码开始、再次需要大约 40 秒或更长的时间才能稳定回到初始 0mV 值。  我多次重复此下电上电测试、并且我始终看到 0mV 值恢复到初始 0mV 值的 10 个计数范围内。

平均 10 个读数

平均 100 个读数

我可以相当确定这种稳定时间是由于输入滤波电容器 C7 和连接到电容器引脚 C6 的 PGA 输出电容器中的介电吸收造成的。   ADS1231REF 板上的电容器是电介质吸收膜电容器非常低、但仍然需要 60 秒的时间才能完全稳定。  陶瓷 NP0/C0G 需要稍长的时间、X7R 或类似产品的稳定时间可能会长得多。

在 ADS1231REF 电路板上进行测量之前、将输入电平改回 0mV 后是否等待超过 60 秒？  由于未使用薄膜或 NP0/C0G 电容器、定制电路板可能需要更长的时间。

此致、
Keith Nicholas
精密 ADC 应用

您好、Keith：

是的、我在每次在 0mV 和 1mV 输入之间切换后大约 5 秒开始记录 ADC 值。

如您所述、即使 C5 和 C6 替换为具有极低介电常数和吸收率的薄膜电容器（与参考板上使用的材料类似）、仍然需要大约 60 秒才能完全稳定。

是否有其他方法可以缩短等待时间？

（因为在实际应用中，没有人会故意等待 60 秒，然后再观察该值或使用该值进行重量校正。）

BR。
Jony。

嗨、Jony、

我会在一周结束前回复您。  我将运行几个额外的测试。

此致、
Keith

嗨、Jony、

我 使用较小电容值的电容器运行了额外的测试、希望这样可以缩短稳定时间。  遗憾的是、稳定时间仍约为 1 分钟、才能稳定到低于 10 个计数 (23nV)、并且噪声增加。

基于这些测试、我认为在这些极低的水平下、没有办法克服这种限制。  如果需要这种级别的可重复性、我建议客户使用更高灵敏度的称重传感器。  例如、使用灵敏度为 2mV/V 的称重传感器和灵敏度为 100,000 计数的 5V 激励将导致峰峰值噪声要求约为 2*5/1000000=100nVpp。  通过在 10sps 下运行、然后使用 10 的移动平均滤波器进行后处理、ADS1231 可满足这一要求。  100nV 电平等于 43 次代码变化、并且 ADS1231 可以在 2 秒内稳定到这个电平。

另一种选择是使用低噪声 ADC（例如 ADS1235）、该 ADC 不需要那么多的滤波电容、因此趋稳速度要快得多。

此致、
Keith

您好、Keith：
ADS1235 (USD 4X) 对我们来说很昂贵。
你能有一个更便宜的吗?

目前、我们在选择 ADC 时会优先考虑以下标准（在考虑其他因素之前，必须先满足所有这三个条件）：

1.数据速率必须为 15 SP（首选 7~3k SP 可调）。

2.对于 15SP 和 64 增益、无噪声位必须>= 19 位（或 ENOB >= 21 位）。

3.每件商品价格不得超过 2.0 美元。

您好、Keith： 

经过仔细考虑、我们放宽了以下规定： 

目前、我们在选择 ADC 时有以下优先级标准（在考虑其他因素之前，必须满足所有这三个条件）： 

1、数据速率：仅需 15±2SPS 和 7±2SPS（如果有 7~3k SPS 的宽范围，可以对其进行调整以获得最佳性能，但这不是强制性要求）。 

在 15±2SPS 且增益为 64 时、无噪声位必须>= 19 位或更多（或 ENOB >= 21 位或更多）。 

3.单件价格:不超过 USD 2.0 ==>更改为不超过 USD 3.0 

您能找到一个新的吗？ 

非常感谢您的帮助。 
BR、 
Jony。