[参考译文] ADC168M102R-SEP：ADC168M102R-SEP–关于 REFIO/REFDAC/REFCM 配置和 EVM 机械问题的阐释

尊敬的 Joel：

首先、非常感谢您提供清晰详细的帮助。 您的解释对我们非常有帮助、我们将继续进行额外的测试、以验证我们对器件行为的了解。

关于 EVM 上的螺钉/螺柱问题、我们也感谢您在将来的组装中考虑到这一点。 令人放心的是、这并不是由于我们一方的错误处理造成的。 在任何情况下、请不要担心、因为电路板正常工作、我们能够执行测试而不会出现任何问题。

不过、在查看完前面的答案后、我们还有一个关于内部基准配置的问题。

在我们的当前设计中、传感器输出信号大约在 0.9V 至 1.20V 的范围内。根据您对上一个问题 2 的回答、似乎为了更大限度地提高 ADC 满量程利用率、理论上可以配置：

• Vref =(1.2V - 0.9V)/2 = 0.15V

• VCM =(1.2V + 0.9V)/2 = 1.05V

在这种情况下、ADC 输入实际上会变为：

相对于 VCM、–0.15V 至+0.15V、

因此、无需任何额外的传感器信号调节级即可完全覆盖±VREF 输入范围。

遗憾的是、数据表指出、为了确保正常的器件性能、内部基准 DAC 不应编程为低于 0.5V。 因此、我们的理解是、在这种情况下、我们需要使用外部基准、同时可能仍使用内部 DAC 来生成 1.05V 的共模电压。

我们特别想了解的是这个 0.5V 限制背后的原因。

更具体地说：

• 限制是否与 DAC/基准缓冲器本身在低于 0.5V 时变得不稳定或精度下降有关？

• 或者、限制是否来自 SAR ADC 架构、这意味着 ADC 内核本身不能在 VREF 低于 0.5V 的情况下正常运行？

了解这种区分有助于我们评估使用外部低电压基准是否是在应用中更大限度提高满量程利用率的有效方法。

此外、如果您认为上述方法在实践中是否可行、是否有更好的解决方案、或者添加外部信号调节/放大级仍是建议的方法、我们将不胜感激。

目前、我们使用 OPA4H014-SEP 器件作为传感器和 ADC 通道输入之间的单位增益缓冲器。 如果需要放大级、我们目前正在评估这些相同的运算放大器是否也可用于信号调节和增益实现。

我们感兴趣评估此 ADC 的主要原因之一就是可以避免外部 PGA 或类似的前端调节级、同时仍更大限度地提高满量程利用率、因此我们理想情况下希望使设计尽可能简单。

再次感谢您的支持。

此致、

Iñigo μ s

尊敬的 Joel：

我们还有一个有关 ADC168M102REVM-PDK 上 OPA4H014-SEP 输入缓冲器级的其他问题。

作为预期应用的一部分、我们将评估电阻式传感器读数。 对于此测试、我们使用 1mA 电流源来激励 1000Ω 电阻负载、该负载产生大约 1V 的压降。 然后、该电压施加到 CHB0 输入、根据 EVM 原理图、该输入似乎由配置为单位增益跟随器的 U1D 进行缓冲。

在我们的测试期间、只有 CHB0 输入连接到这个电阻负载。 其余输入保持悬空。

对于电流测试点、施加到 U1D 输入端的电压约为 1V。但是、U1D 输出不会重现此输入电压、这符合电压跟随器的预期。 相反、其输出接近在具有悬空输入的通道上观察到的相同电压、约为 1.65V

我们最初使用单电源配置测试了设置、因为我们的目标设计仅使用单极电源供电。 由于系统级设计的限制、我们的应用中不提供负电源轨、因此在最终设计中使用双极电源是不可行的。

尽管如此、我们也为 OPA4H014-SEP 使用双极±8V 电源重复了测试、但 U1D 输出仍然没有再现大约 1V 的输入电压。 因此、从我们的测量结果来看、U1D 在两种电源配置中似乎都不像是单位增益跟随器。

我们还观察到、输入悬空的未使用运算放大器的输出都稳定到大约 1.65V 的大致相同电压。我们想了解悬空输入为什么会产生这一公共输出值、以及该电压是预期的、还是与任何内部/公共偏置机制有关。

此外、当改变仅连接到 CHB0 的电阻时、U1A、U1B 和 U1C 的输出也似乎成比例变化、即使它们的输入是悬空的也是如此。 相比之下、U2 中运算放大器的输出（其输入也处于悬空状态）保持大致恒定。

您能帮助我们了解导致此行为的原因吗？ 特别是：

1. 为什么具有悬空输入的运算放大器稳定至类似的输出电压（约 1.65V）？

2. 为什么配置为单位增益跟随器且输入端电压约为 1V 的 U1D 不再现其输入端的电压、而显示的电压与悬空通道类似？

3. 为什么即使 OPA4H014-SEP 由±8V 双极电源供电、U1D 仍然无法重现输入电压？

4. 为什么即使只有 CHB0 连接到电阻负载、U1A、U1B 和 U1C 的输出看起来像 U1D 的变化？

5. EVM 用户指南指出、OPA 电源应为双极、以满足共模电压和输出摆幅要求。 但是、OPA4H014-SEP 数据表指出、器件可在 4.5V 至 18V 之间的单电源下运行。您能否说明 EVM 为什么特别推荐用于此应用的双极电源？

6. 由于我们的最终设计不能使用负电源轨、您能否确认 OPA4H014-SEP 是否可在该应用中用作单个正电源的单位增益缓冲器（假设输入和输出电压保持在指定的输入共模和输出摆幅范围内）？

7. 在测试期间或最终设计中、是否可以安全地将未使用的 OPA4H014-SEP 输入保持悬空、或者是否应将所有未使用的输入连接到定义的电位、例如 GND？

我们目前的假设是、将未使用的 JFET 输入悬空可能会导致通道之间出现未定义的行为和耦合、但这并不能充分解释为什么 U1D 不遵循大约 1V 的输入电压。 我们想确认这是否为预期行为、未使用的输入是应在测试期间还是在最终设计中与定义的电位相关联、还是在我们的设置中可能存在配置或连接问题。

再次感谢您的支持。

祝你一切顺利、

Iñigo μ s

再次大家好 Joel、

有关我们在 ADC168M102REVM-PDK 上观察到的 OPA4H014-SEP 缓冲器行为的快速更新。

我们已经确定了问题的根本原因：这与使未使用的运算放大器输入保持悬空有关。 在未使用的 U1A、U1B 和 U1C 输入与 GND 之间放置跳线后、U1D 输出现在会正确跟随 CHB0 输入并提供接近预期 1V 的电压

因此、从测试的角度来看、现在可以解决该问题。 再次感谢您的支持、并对有关此主题的反复讨论深表歉意。

但是、我们仍然感谢您对最终 PCB 设计的建议。 我们知道、不建议将未使用的运算放大器输入悬空、但我们不确定是否将其直接连接到 GND 是最佳做法。

对于 EVM、将未使用的输入连接到 GND 是我们的测试可接受的。 但是、对于我们的最终设计、您是建议将未使用的 OPA4H014-SEP 输入直接连接到 GND、还是最好通过电阻分压器或另一个定义的低阻抗基准对其进行偏置？

您能否建议在最终设计中、对于未使用的 OPA4H014-SEP 通道的建议连接、尤其是在由单个正电源供电时？

此致、

Iñigo μ s

您好 Iñigo、

很高兴听到调试的结果进展顺利。 我认为可以将输入接地、因为放大器会主动驱动该电压电平、并且不会悬空或影响相邻的运算放大器通道。 我会将此重定向到放大器团队以进行确认！

此致、
Joel

您好 Iñigo、Joel、

是的、建议将未使用的运算放大器输入连接到输入共模范围和输出摆幅范围内的已知电压。  

OPA4H014-SEP 的输入共模范围为 （V–）–0.1 (V+)–3.5、输出范围为 （V–）+ 0.2 (V+)–0.2。 将未使用的放大器的输入接地将处于 VCM 范围内、但略低于输出摆幅范围。 因此、我建议使用电阻分压器将 VIN 设置为 1/2 Vs。

对于单电源配置、请参阅下图中的第二个放大器：

下面还显示了双电源的类似配置。 请注意、同相节点接地以将电压设置为 1/2 Vs。

总体而言、最佳实践是尽可能将放大器置于已知状态。 将其他未使用的放大器引脚保持悬空会使它们进入未知状态。 另请参阅 此应用手册 以了解更多详细信息、如果您有任何疑问、敬请告知。

此致、

Alex Curtis

您好、Alex、Joel、

首先、非常感谢迄今为止的支持。 我一直在深入研究这种“浮动输入“的行为、我想分享一个非常有趣的实验室发现、它将决定我们的最终飞行设计。

事实证明、即使我的电路板将所有四个通道物理连接为 电压跟随器、但只有当 所有 未使用的输入同时保持悬空时、封装才会开始起作用。 我运行了一个实验、发现简单地 将一个额外的通道“锚定“到稳定基准（如 GND 或 1/2 Vs）就足以使整个四通道封装冷静下来。 一旦存在单个锚点、活动通道 (U1D) 就会表现出色、即使其他两个仍处于浮动状态也是如此。

这些浮动 JFET 输入端似乎最终会漂移到饱和状态、这就是共用基板或内部偏置网络的“毒害“。 通过强制只需一个额外的通道保持在线性区域、我们似乎可以为整个芯片提供足够的稳定性。

对于我们的最终 PCB、我决定寻求一种比仅仅连接未使用的引脚更可靠的方法。 我MΩ  在设计中的每个运算放大器输入端添加一个 10k Ω 的上拉/下拉电阻器。 这为我们提供了“健康监测“功能：如果传感器或电缆在飞行中发生故障、电阻器会防止输入悬空（保护四通道封装的其余部分）、同时将信号拉至已知的“超出范围“值。 这样、我们的软件可以立即标记哪个传感器发生开路。

在锁定之前、我希望了解您对以下几点的看法：

1.  MΩ OPA4H014-SEP 的超低偏置电流（接近 10pA）、您是否会使用 10k Ω 电阻器看到任何主要的危险信号？ 我特别想知道 TID（电离辐射总剂量）-辐射引起的偏置电流增加是否 会使温漂随着时间的推移而变得过于激进？

2. 这种“失效防护“架构是否是您在使用 JFET 器件的其他高可靠性航空设计中通常看到的架构、或者是否有更“业界通用“的方法来处理传感器断开连接问题、我应该考虑这些方法？

非常感谢您对此进行讲解。

此致、

您好 Iñigo、

很乐意提供帮助！  

我需要更多的时间来整理对您这里有关 OPA4H014-SEP 的问题的响应。 我应该在 EOD 星期一之前得到回复、但如果您在此期间有任何后续问题、请随时将其添加到主题中。

有一个很棒的周末,

Alex Curtis

您好 Iñigo、

您介绍的运行状况监测功能听起来很有趣、但我想澄清的是、使用连接到每个输入端的单个上拉或下拉电阻器会将未使用/断开的放大器置于非线性状态、因此我不建议这样做。

对于放置在缓冲器中的未使用通道 、我仍然建议 在未使用的输入上使用分压器、以使放大器保持在线性工作范围内。 如果该电压设置为 VCC /2、这将使输入电压保持在输入共模范围内、同时使输出保持在输出电压范围内。  

如果 在未使用的输入端放置一个连接到 GND 的 10MΩ Ω 下拉电阻器、则输入电压将被拉至 0V、  这一数值在输入共模范围内、但由于放大器的最小输出电压为（V–）+ 0.2、这将超出输出级的线性范围（未使用的放大器将被额定输出）。

 尽管由于这可能会导致额外的噪声和失调电压误差、在有源输入端添加分压器可能会出现问题、但您可能能够在同时保持放大器的线性工作范围内实现这种运行状况监测功能。 如果您希望我进一步了解、请告诉我。

此致、  

Alex Curtis

您好 Alex、

我真的很感谢反馈。 我完全同意  将未使用的放大器保持在其线性区域的最可靠方法是将分压器连接到 VCC /2。 但是、我想说明一下、在我们的最终设计中、实际上不会有任何“未使用“的输入；所有四个通道都将连接到 PT1000 传感器。

我们主要关注的是 失效防护场景：如果传感器或电缆在执行任务期间发生故障（开路）、该特定输入将变为悬空。 正如我们在实验室中观察到的、这种“悬空“状态不仅会影响故障通道、而且似乎会扰动同一封装中其他放大器的行为。 这是我们为确保整个遥测系统的可靠性而需要缓解的具体风险。

我附上了一个简化图来说明我们的设置。 虽然我们对“健康监测“方面感兴趣、但我们的优先事项是防止一个通道（例如 U1A）的故障通过基体传播并影响另一个通道（例如 U1B）的输出。

关于这一点,我有几个具体问题:

首先、该基板灵敏度是大多数多通道运算放大器中的一个常见特征吗 ？还是由于其 JFET 架构和超高输入阻抗、在 OPA4H014-SEP 中尤其突出？ 我假设任何四通道封装让输入悬空都是“不可用“、但我想知道是否有特定的 耐辐射/Rad-Tol 替代产品 — 或至少特定的内部功能 （如增强型通道间隔离）-我们应该寻找这些替代产品以尽可能减少通道之间的这种“传染“效应。

其次、对于我们在评估板（单电源 0-5V）上进行的电流测试 、如果我们在缓冲器配置中将同相输入连接到 GND、是否会导致任何永久性 电气过载 (EOS) 或损坏？ 我们需要确认它是否只会增加电流消耗、同时使输出保持饱和至其最小摆幅 (V-+ 0.2V)、或者是否存在随着时间的推移导致器件降级的风险。

我期待您的想法、说明我们是否应该坚持使用上拉/下拉电阻器这款器件、或者我们是否应该完全考虑不同的架构。

提前感谢您。

此致、

Iñigo μ s

尊敬的 Inigo：

感谢您的澄清和清晰标记的原理图、非常感谢！

我们正在测量工作台上的一些器件、明天应该与您分享一些测量结果。 到目前为止、我们已经能够看到当一个通道施加 1V 电压时、悬空输入的行为方式、并且它们确实会随着时间的推移而向上漂移（见下文）。

但是、我们无法重现以下问题：当其他 3 个通道悬空时、一个通道的输出不再跟踪 1V 输入、因此我们需要更多时间进行调查。

此致、
嘉莉

您好 Iñigo、

我查看了所有输入悬空时 OPA4H014-SEP 的行为。 每个通道的输出缓慢悬空至正电源轨。 下面是示波器测量快照。

当我偏置一个通道但使其他通道保持悬空状态时、偏置通道按预期保持在 1V、而其他通道开始悬空至正电源轨（见下文）。

通道以不同的速率悬空至正电源轨。 这是因为输入偏置电流正在为运算放大器的输入电容充电、导致放大器的输出缓慢漂移。

您能否确认在输入悬空时如何测量放大器的行为？  当您更改电位器值时、其他输出通道电压是如何变化的？  这将有助于提供示波器捕获或特定的测量详细信息。 下面是我在工作台上的设置。

首先、这种基板灵敏度是大多数多通道运算放大器的一个共同点、还是 由于其 JFET 架构和超高输入阻抗、在 OPA4H014-SEP 中尤其突出？ 我假设任何四通道封装让输入悬空都是“不可用“、但我想知道是否有特定的 耐辐射/Rad-Tol 替代产品 — 或至少特定的内部功能 （如增强型通道间隔离）-我们应该寻找这些替代产品、以尽可能减少通道间的这种“传染“效应。[/报价]

放大器输出引脚在这种悬空条件下的差异可以归因于每个器件通道的 IB / VOS 变化、不一定是通道之间的交互。

[引用 userid=“689476“ url=“~/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/1641524/adc168m102r-sep-adc168m102r-sep-clarification-on-refio-refdac-refcm-configuration-and-evm-mechanical-issue/6341547 ]第二、对于我们在评估板（单电源，0-5V）上进行的电流测试 、如果我们在缓冲器配置中将同相输入连接到 GND、是否会导致任何永久性 电气过应力 (EOS) 或损坏？ 我们想要确认它是否只会增加电流消耗、同时使输出保持饱和至其最小摆幅 (V-+ 0.2V)、或者是否存在随着时间的推移而使器件降级的风险。

将同相节点接地可能不会造成永久性的 EOS 损坏、但随着时间的推移、会降低器件性能。

没有运算放大器是真正的轨到轨输出、因此接地的同相节点会在不同的运算放大器架构中产生相同的问题。  

一种可能的解决方案是试用 OPA4H199-SEP。 其输入共模范围变为负电源。  在正常运行时、器件按预期运行。 但是、在传感器故障场景中、由于输出摆幅限制、电路仍将以非线性状态运行。

此致、
嘉莉