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[参考译文] ADS1255：信号链噪声预算

admin
Guru**** 2925110 points

Other Parts Discussed in Thread: ADS1255, TINA-TI

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/1642170/ads1255-signal-chain-noise-budget

器件型号： ADS1255
主题中讨论的其他器件： Tina-TI

我希望对我对 ADS1255 信号链中噪声的理解情况进行全面检查。 该链如下所示

Loadcell ->一阶 LP AAF -> ADS1255 -> MCU DSP 滤波器 (10Hz)

我用于 ADS1255 的基准电压是 REF5025AI

单独查看每个元素、我有以下内容

加载单元格

1000G 负载单元、电桥阻抗为 1k Ω。 LoadCell 具有 10mV 的满量程输出电压。 我估计在 300k 下频谱噪声密度 (snd) 为 4.07nV/√Hz。  


一阶 LP AAF


抗混叠滤波器由两个 51 欧姆电阻器和 1.2uF 电容器组成、用于在~1kHz（考虑电桥电阻时~120Hz）下实现差分转角频率。我估计、在 300k 下、LP 滤波器的 snd 为 1.3nV/√Hz

ADS1255

ADS1255 配置为 50SPS 输出采样率、增益为 64 且启用缓冲器。 在此配置下、ADC 的单极 FSR 为 78.13mV、输入基准噪声值为 0.122uVrms（表 1）。 。 在此采样速率下、ADC 带宽为~22.1Hz（表 12。） 因此、我可以将频谱噪声密度估算为  

0.122uVrms/√22Hz = 25.95nV/√Hz


REF5025

这正是我的理解变得不稳的地方、从我对 TI 高精度实验室的猜测幻灯片中、融入系统的基准电压噪声量取决于使用的 FSR 范围。 根据数据表、REF5025 在 10Hz 至 1000Hz 的频率范围内的 RMS 噪声值高达 0.9uVrmV/V。 我的传感器的最大输出范围为 10mV、ADC 的 FSR 为 78.13mV。

 因此、我可以假设我的 RMS 输入电压为 10mVpp√2 = 7.1mVrms。 使用“ ADC 系统基准噪声简介“ 幻灯片第 5 步中的公式、我可以估算 REF5025 的 SND 消耗为

((7.1mV/78.13mV)*(0.9uV*2.5V))/√(1000-10Hz)= 6.5nV/√Hz

元件    噪声密度
加载单元格   4.07nV/√Hz
一阶 LP AAF 1.3nV/√Hz
ADS1255 25.95nV/√Hz
REF5025 6.5nV/√Hz
Tottal snd 27.09nV/√Hz


现在、我可以获取这个 snd 并应用 DSP 滤波器来估算系统 RMS 噪声
27.09nV/√10 = 85.6nVrms

使用 AD1255 数据表第 12 页中的公式、我可以使用计算 ENOB
Ln (78.13mV/85.6nVrms)/ln (2)= 19.8 位

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    TI__Guru**** 2925110 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    我知道 REF5025 的闪烁噪声已经消失、我尚不能确定如何将其纳入计算中。

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    TI__Guru**** 2925110 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    尊敬的 TI：

    通常、对于基准噪声、您需要分别计算 1/f 噪声和宽带噪声、然后使用 RSS 将它们相加。 因此、您需要使用 RMS（或 PP）而非频谱密度计算每个分量的噪声。 此外、由于 BW 只有 10Hz、因此甚至无法将其包含在从 10Hz 到 1000Hz 的计算中。 我假设您 测量的是直流信号、对吧？ 真正直流信号的 RMS 和 PP 值相同、因此我不知道为什么需要 2 的平方根

    对于 ADC、您可能需要检查多个不同的增益和数据速率来确认噪声密度。 如果噪声不是纯宽带噪声、则使用单个点就不够用了

    同样、由于您的 BW 是已知的、我建议将所有内容转换为 RMS 噪声而不是 SND。

    -布莱恩

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    TI__Guru**** 2925110 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    嗨、Bryan、  

    我的 10Hz BW 包含在末尾 我的总 snd 为  27.09nV、我将其乘以 √10Hz、得到 85.6nVrms 的最终宽带 RMS 噪声值

    我可能需要解释一下如何确定 REF5025 噪声贡献的整个过程。

    首先、由于我的 BW 小于 REF5025 RMS 噪声带宽、因此我需要 通过将数据表值除以 √(1000Hz-990Hz) 来近似计算 snd 、该值等于 (0.9uV*2.5V))/√(100010Hz)= 71.5nV/√Hz

    这是一个对我来说有点手淫的部分。 根据 ADC 系统基准噪声简介第 5 步中的公式、我需要计算输入信号与 ADC 满量程输入的比率。  那么您是对的 、我测量直流、因此可以使用 10mV。 这可得出 10mV/78.13mV 的比率= 12.8%。 我可以得出结论、~12.8%的 REF 噪声会包含在我的信号链中。

    我很确定、如果我计算总 snd、 然后应用 BW（与在每个阶段应用带宽相比）、那么数学计算结果是相同的。 使用 snd 并在结束时转换为 RMS 似乎更容易

     我不清楚 REF 1/f 噪声。 如果 REF5025 在 0.1Hz 至 10Hz 范围内规定 1/f 噪声值为 7.5uVpp。 我假设我可以使用 6.6 波峰因数值将其转换为 RMS 值、然后应用 12.8%的比率并将其转换为上述 RMS 噪声值？

    • 7.5uV/6.6 = 1.14Vrms
    • 1.14Vrms * 0.128 = 145.5nVrms
    • 总噪声@ 10Hz BW =  
      √145.5nVrms^2 + 85.6nVrms^2 = 169nVrms
        
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    TI__Guru**** 2925110 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    尊敬的 TI：

    如前所述、我至少会尝试对 ADC 噪声密度求平均值、因为我认为使用单个数据点并不是计算 snd 的可靠方法

    此外、在计算总 VREF 噪声之前、我通常不会应用 VREF 比例因子。 数学计算应该是相同的、但我认为这种方法不会造成混淆、尤其是如果您想稍后更改比例因子。 但是、您的做法似乎是正确的

    如果您想证实您的手工计算、还可以在 TINA-TI 中对 REF5025 噪声进行仿真

    -布莱恩

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    TI__Guru**** 2925110 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    嗨、Bryan、  

    我看了您的建议、了解了如何在不同的采样率（2.5SPS 到 2000SPS 之间）下取平均值、但静态增益也是如此。 平均值似乎与我的初始估计值 25.95nV 与 25.2nV 相当。

    如果您为 VREF 数学运算竖起大拇指、我认为我很满意。 我来看看 TINA 仿真。  

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    TI__Guru**** 2925110 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    尊敬的 TI：

    很高兴我们能提供帮助

    -布莱恩