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[参考译文] ADS8862:混合信号设计回顾:具有 ADS8862 和 SPI 隔离的光电二极管信号链

Guru**** 2928860 points

Other Parts Discussed in Thread: OPA656, OPA320, ADS8862, ISO7741

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/1645316/ads8862-mixed-signal-design-review-photodiode-signal-chain-with-ads8862-and-spi-isolation

器件型号: ADS8862
主题中讨论的其他器件: OPA656OPA320ISO7741

大家好:
我目前正在设计一个模拟前端、用于采集和分析来自光电二极管 (Thorlabs FGA10) 的信号、该光电二极管用于监测脉冲激光发射的质量。
光电二极管输出电流跨宽动态范围、约从 2nA 到 5µA。 该信号由脉冲事件(持续时间约 10ms)组成、还有一个围绕 20kHz 的额外相关频率分量叠加在脉冲包络上。
模拟信号链的实现方式如下:
-使用 OPA656 的跨阻放大器 (TIA ),针对低输入偏置电流和足够的带宽进行了优化
-使用 OPA320 的增益级
-二阶 Sallen-Key 抗混叠滤波器 (OPA320)、设计用于在采样前限制带宽
- 16 位 SAR ADC (ADS8862) 用于数字化(采样率高达~200kSPS )
在电源架构方面、我旨在实现高水平的模拟/数字隔离:
-使用独立的低噪声 LDO 稳压器为模拟域生成–5V (TPS7A3001DRBR)、+5V (TPS7A4901DRBR) 和+3.3V (TPS7A0533PDBZR) 电源轨
-考虑到 TIA 级的小输入电流和高灵敏度,目标是尽可能降低电源引起的噪声并保持 ADC 的动态范围
此外、ADC 和微控制器 (STM32H743) 之间的 SPI 接口使用 ISO7741 数字隔离器完全隔离。
我的问题是:
1) 这种隔离等级对于这种类型的混合信号系统是合理的、还是不必要地保守?
2) 是否可以接受更标准的分区、例如:
  -分离模拟接地和数字接地、
  -在 ADC 附近的一个星点连接它们,
  -并删除数字隔离器?
3) 在这种情况下、使用与 MCU 相同的 3.3V 电压轨为 ADS8862 供电(假设进行适当的滤波)是否合理、或者您是否仍推荐专用的低噪声模拟 LDO?
4) 考虑到 TIA 输入端的信号电平相对较低、是否担心通过 SPI 活动进行的噪声耦合(尤其是在较高的采样率下)?
强烈希望就最佳做法提供任何反馈、特别是在接地策略、电源分区以及在这种情况下数字隔离的必要性(或必要性)方面。
 
感谢您的支持。
 
  • 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 Gicomo Mabritto

        感谢您详细分享您的实施。 有关 您的问题的答案、请参阅以下内容:-

    1) 这种隔离等级对于这种类型的混合信号系统是合理的、还是不必要地保守?
        您的方法似乎有点保守。
    2) 是否可以接受更标准的分区、例如:
      -分离模拟接地和数字接地、
        是的、 将模拟接地和数字接地分开是一种很好的做法。
      -在 ADC 附近的一个星点连接它们,
         是的、靠近消耗电流最高的元件进行星型连接是一种良好的设计/布局做法。
      -并删除数字隔离器?
         根据您的描述、我无法理解对隔离器的需求。 您的应用是否涉及 长信号布线、或在不同电路板上产生多个未强接地的电源/接地? 如果是、则可能需要隔离。
    3) 在这种情况下、使用与 MCU 相同的 3.3V 电压轨为 ADS8862 供电(假设进行适当的滤波)是否合理、或者您是否仍推荐专用的低噪声模拟 LDO?
         根据您的描述、您似乎对 60dB 左右的噪声感兴趣、可能需要采用具有适当滤波功能的同一电源(但为了比较性能,最好保留板载 LDO 选项) 。 在最终部署中、可能不会填充 LDO 路径。
    4) 考虑到 TIA 输入端的信号电平相对较低、是否担心通过 SPI 活动进行的噪声耦合(尤其是在较高的采样率下)?
         为了获得更好的结果、请尝试在 ADC 采集模拟信号期间避免 SPI 活动
    另请注意、TIA 输入端的任何 SPI 耦合可能会 在由 ADC 采样之前通过模拟信号链(即 TIA,增益,滤波器)出现一些延迟 (T_sigpath)。
    因此、 在 ADC 采样之前、尝试避免 SPI 活动 T_sigpath+T_acquisition。
    如果您可以分享原理图、我们也可以查看相同的原理图并分享反馈。
    此致、
    Abhaya
  • 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。

    你好 Abhaya、

    非常感谢您的详细反馈和宝贵建议—我非常感谢您的支持。

    正如预期的那样、我很高兴与您分享我当前的原理图以进行更深入的审查。 您可能对模拟前端、接地策略或整体系统架构提出的任何评论或建议都将非常有用。

    再次感谢您的参与和支持。

    e2e.ti.com/.../Schematic_5F00_STM32H743ZI_5F00_PGA.pdf

    此致、
    Giacomo Mabritto