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[参考译文] ADS1258：测量的电压不正确

admin
Guru**** 2381210 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS1258, TLV5627
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/1074519/ads1258-incorrect-measured-voltage

部件号：ADS1258
“线程： TLV5627， 测试”中讨论的其它部件

大家好，团队

我们的客户 注意到  ，当 ADS1258的 AIN5引脚的输入电压 为0V 时，测得的电压 不是零(0x00020A70 -计数为133,750)。 根据我们的客户，  

我已经为该设备设置了所有配置寄存器(通过 SPI)-这些寄存器似乎工作正常。

但是，当我有一个 ADC 输入的0.000伏输入电压时，返回的24位值为0x00020A70，计数为133,750-ish

为什么该值的读数不是0x00000000

我当前正在测试的电路是 DAC (8位)= TLV5627，该电路具有对 ADC (ADS1258)输入的环回

ADS1258的电路已连接。    我们认为此电路正确遵循数据表。

 

通过 SPI 设置 ADS1258时，下载的配置为：

  • 写入命令设置字节=0x70   (写入命令，从 Reg 0开始)
  • ADC_ReG_Config0 = 0x02       (自动扫描模式，内部 mux，禁用 CLKIO 输出，不切碎，状态字节启用且读取)
  • ADC_ReG_Config1 = 0x50       (DLY=101 = 128 usec 样本之间，偏置电流源关闭，最低数据量   => 1483样本/秒(在逻辑分析仪上确认))
  • ADC_ReG_MUXSCH = 0x00     (未在自动扫描模式下使用)
  • ADC_REG_MUXDIF = 0x00      (未为差分模式选择通道–因为所有输入都是单端输入)
  • ADC_ReG_MUXSG0 = 0xFF     (通道0，1，2，3，4，5，6，7已启用)
  • ADC_ReG_MUXSG1 = 0xC7     (仅启用通道8，9，10，14和15)
  • ADC_REG_SYSRED = 0x3D        (启用 ADC 偏移，VCC，温度，增益和参考)

逻辑分析器上已确认此配置寄存器序列。

输入模拟信号通常来自高阻抗输出源。

我目前正在测试的关键信号是 AIN5。 这是 TLV5627 DAC 的输出–随后通过 R141 (10k)。

我有一根电线焊接在 R141的一个焊盘上，可以确认 DAC 的所需输出是正确的。  也就是说，TLV5627工作正常(+/-5mV)。

对于万用表确认电压为0.004伏的情况， ADC 给出的读数为0x00020B13 = 133,907        à 值* 4.096 / 7864320 = 0.0697伏  (高)

对于万用表确认电压为0.800伏的情况， ADC 给出的读数为0x0015B9DB = 1,423,835     à 值* 4.096/ 7864320 = 0.7416伏  (低)

对于万用表确认电压为2.556伏的电压， ADC 给出的读数为0x004103DE = 4,260,830    à 值* 4.096/7864320 = 2.2192伏  (低)

对于万用表确认电压为4.075伏的情况， ADC 给出的读数为0x00666AB6 = 6711,990    à 值* 4.096 / 7864320 = 3.4958伏  (低)

因此，这些值呈线性增长，但 ADC 的偏移和增益似乎已经不存在。     你有什么想法吗？

此致，

丹尼洛

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    TI__Guru**** 2381210 points
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    你好，达尼洛，

    从提供的信息中得出的一些观察结果：

    • 我在 ADC 输入上看不到任何抗锯齿滤波器。 通常，我希望至少有一个差动电容器跨差动输入，或者一个电容器从输入到接地用于单端输入
    • 有人认为，应用于 ADC 的信号来自高输出阻抗源。 ADS1258本身不是高输入阻抗 ADC，因此任何大源阻抗都可能导致严重错误，因为这实际上会成为两个并行电阻器(与 ADC 输入并行的源)。 我建议缓冲 ADC 输入，可以在每个输入上执行缓冲，也可以使用 ADS1258上的 MUXOUT/ADCIN 引脚执行缓冲
    • 偏移和增益读数的值是多少？

    布莱恩

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    TI__Guru**** 2381210 points
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    您好，布莱恩，

    感谢您的反馈。 根据我们的客户，

    当前正在测试的电路是：   德州仪器(TI) DAC (TLV5627)的输出通过10K 电阻器(R141)到达德州仪器(TI) ADC (AIN5)的输入端 ADS1258)  

    如果 DAC 的输出电压为0.000伏，则 ADC 的输出电压应为0x000000。  

    为什么不发生这种情况？  

    如果输入信号定期变化，但 DAC 的输出是静态的，则需要使用抗锯齿滤波器。   因此 ，不 需要使用抗锯齿过滤器。  

    ADC 增益的寄存器值为0x77FDBB = 7863739 / 7864320 = 0.9999

    ADC 偏移的寄存器值为0xFFFFB3 =-77 * 4.096 / 7864320 =-40 UV

    这些价值观似乎相当不错。

    此致，

    丹尼洛

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    TI__Guru**** 2381210 points
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    你好，达尼洛，

    感谢您提供更多信息。 以下是一些更多的观察和问题：

    • 反走样滤波器是 Δ-Σ ADC 的必要条件，可消除调制器频率的混叠回到过频段中。 无论输入类型(直流或交流)如何，都是如此。 客户可以查看我们的 Precision Labs 内容以了解更多信息，特别是第3部分和第6.5和第6.6单元 ：https://training.ti.com/ti-precision-labs-adcs
    • 有时，我们会发现电源线中存在铁氧体磁珠问题。 他们能否移除此组件并查看性能是否有所提高？
    • 他们是否可以尝试使用精密源(即不是电源)并将已知信号应用到 ADC 中，例如1伏输入。 如果 ADC 可以正确转换此值(假设源已正确连接，无接地回路等)，那么我们可以将问题缩小到主板上的信号源

    请告诉我。 谢谢！

    布莱恩

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    TI__Guru**** 2381210 points
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    您好，

    1.Δ-Σ ADC 不需要直流电压的抗锯齿滤波器。   这是因为输入直流电压没有任何频率组件高于0 Hz -因此抗锯齿滤波器不会对输入电压@ 0 Hz 执行任何操作。

    在 TLV5627 (8位 DAC)的输出和 ADS1258 (24位 ADC)的输入之间没有铁氧体磁珠。  DAC 输出和 ADC 输入之间只有一个10K 电阻器。    如果电阻值发生变化，这是否有任何影响？

    3.我们将在其中一个 ADC Ain 引脚的输入处尝试精确电压源-并给出结果。

    我们非常感谢您的帮助。

    此致，  Geoffrey

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    TI__Guru**** 2381210 points
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    Geoffrey 您好，

    感谢您的反馈

    别名是数字滤波过程的产物，与输入信号无关。 Δ-Σ 调制器频率不会由数字滤波器衰减，因此将以0dB 衰减(即全功率)再次识别为数字滤波器的频带。 数字滤波器具有有限的带宽，在 ADS1258数据表中，自动扫描模式下采样率为1831 SPS 时的带宽为869 Hz。 因此，调制器别名绝对会落入过频段中，并添加到采样输入信号中。 我强烈建议您查看我在上一篇文章中链接到的 Precision Labs 内容，特别是模块6.5和6.6。

    我对铁氧体磁珠的评论是针对电源而不是输入的。 在某些情况下，我们发现铁氧体会导致 ADC 电源出现漏电，这可能会在采样过程中造成重大问题。 因此，我建议至少尝试删除此组件，看看测量结果是否有所改善。 如果这不起作用，则可以随意将其加入，但至少我们可以排除铁氧体导致问题的可能性。

    让我们知道您在尝试精确源后发现的内容。 正如我在最初的帖子中所说，您可能需要考虑在调制器输入之前使用缓冲区。 我不知道将此添加到系统中有多困难，但这是在获得精确输入测试结果后的下一个逻辑步骤。

    布莱恩

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    TI__Guru**** 2381210 points
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    您好，布莱恩，

    (A)我们使用校准的万用表测量了 Vrefp - Vrefn，其电 压为4.092 V +/- 0.001V  (理想情况下为4.096精密参考电压)

    该测量通过校准的100MHz 带宽 CRO 进行了验证-在@ 8kHz 采样期间，发现信号非常稳定。

    因此，我们不认为参考引用是问题的根源。

    (B)我们现在已经在十(10)个单独的 PCB 组件上测试了 ADC 功能，并且测试了所有电路板上的问题是否一致。  所以不是主板问题。

    (三)我们已尝试修改 ADC 的采样率，这对问题没有影响(始终将值与预期值相抵)。

    我们将在下周初测试直接注入 ADC 输入的精密源输入(等待设备)。

    我们还将在下周测试是否可以去除铁氧体磁珠。

    此致，

    Geoffrey

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    TI__Guru**** 2381210 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。

    感谢 Geoffrey 的更新，让我们知道您的发现

    布莱恩

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    TI__Guru**** 2381210 points
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    您好，布莱恩，

    我们认为，(至少部分)遇到的问题是由于源电压和 ADS1258模拟输入引脚的输入之间的串联电阻。     存在10K 系列电阻器-与模拟输入引脚的(视图)输入阻抗相结合约65K (来自数据表) 意味着 ADS1258的有效输入电压为65/(65+10)=86.7%  ，这意味着输入电压降低了13.3%...，这与观察到的压降非常相似。

    将系列电阻器更改为100R 已极大地改善了模拟输入的测量值 -即通常误差小于1%(这仍然远远高于我们所寻求的24位精度)。

    请告知 ADS1258引脚(对地)的(单端)输入阻抗是否真的只有65K—对于24位 ADC 来说，这似乎很低。

    但是，输入阻抗不能解决 VREF 值的问题。   VREF 输入来自精密电压参考，实际电压可以在 ADC 输入引脚旁边的测试板上测量。  这测量值精确为4.096伏(使用经过校准的万用表)，但从参考通道读取的代码值为：0x30D567 = 3,200,359  (使用数据表中的公式)，参考电 压=3,200,359/786432=4.0695伏  (低于实际测量的电压)。   这是0.65%的错误...绝对不是24位精度。

    我希望很快能听到你的声音。

    此致，

    Geoffrey

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    TI__Guru**** 2381210 points
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    Geoffrey 您好，

    很高兴听到设计朝着正确的方向发展。

    我在前一篇帖子中提到，缓冲输入很可能是必要的，因为最初的问题集提到了高阻抗传感器。 当然，这一信息正在被传达给达尼洛，而不是直接传达给你，因此可能被忽视了。 但是，如果将10k 电阻器与65k 输入阻抗串联在一起，肯定会导致严重的测量错误。

    ADS1258输入结构本质上是电容性的，采样电容器的值非常低，可以在极短的调制器周期内稳定到最终值(对于大多数无缓冲增量-西格玛 ADC 来说是如此)。 这就是输入阻抗低的原因。 输入阻抗可以使用采样电容器的值和时钟频率建模，ADS1258数据表的第16页对此进行了描述，如图37所示。 同样，如果您的传感器的输入阻抗确实很高，或者您需要如示意图所示的大型系列电阻器，我会考虑在 ADS1258上的 MUXOUT / ADCIN 引脚之间添加缓冲器。 请注意，如果 V 电源也接地(或缓冲器是单端)，缓冲器可能难以行驶到地面，因此，如果您有单端信号并且也不能支持双极电源电压，请记住这一点。

    参考监视器(REF)不是一种高精度测量。 相反，它是为了进行健全性检查，以确保外部引用仍在合理的利润范围内运行，或者更重要的是要确定引用是否已断开连接，从而使 REF≅0。 我想，+/-5%以内的值是可以接受的，这似乎远远超出了您所看到的范围。 但这可能更高或更低，因为我们没有描述用于 REF 监视器的内部引用。

    布莱恩

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    TI__Guru**** 2381210 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。

    您好，布莱恩，

    我知道参考引用(REF)的"内部"读数仅为近似值，其准确度可能低至+-5%。

    请确认这适用于所有五(5)个内部系统读数吗？   对于 VCC，增益，参考，温度， 和偏移值？

    ADS1258数据表中是否应该提到这一点？

    此致，

    Geoffrey

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    TI__Guru**** 2381210 points
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    Geoffrey 您好，

    您可以将 VCC，REF 和 TEMP 监控通道视为“健全”检查，以帮助您了解 ADC 的工作情况以及主机是否需要采取任何纠正措施。 由于目标是真正确定电源，参考和 ADC 温度是否正常工作且符合规范，因此这些问题将受到一定程度的错误影响。

    偏置监视器将 ADC 输入短路到一起以测量 ADC 内部偏置。 此偏移量测量使用外部参考，因此测量精度将仅与外部参考一样好。 如图35所示，内部短路在 mux 之后但在 MUXOUT 引脚之前执行，因此此测量还将测量 MUXOUT 和 ADCIN 引脚之间的任何外部信号调节电路的偏移。 但是，此测量不会测量 ADC mux 或 ADC mux 之前的任何电路的偏移。

    增益监视器使用与偏移通道类似的 ADC 外部参考，并测量 ADC 增益错误。 您还可以在图35中看到它与 ADC 输入结构的连接位置。 请注意，增益监视器不会测量外部参考的增益误差，因此您需要单独校准(或使用系统增益误差校准)来执行此操作。 此外，与偏置通道一样，此测量仅与外部参考的性能一样好。

    布莱恩