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[参考译文] ADS1278-EP:正在查找 ADC

Guru**** 608265 points
Other Parts Discussed in Thread: INA828, ADS1278-EP, ADS1258-EP, ADS1298R, ADS1258, ADS1278, ADS131M08, ADS131E08S, ADS131E08, ADS1298, REF6125, REF6025
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/1076522/ads1278-ep-looking-for-an-adc

部件号:ADS1278-EP
线程中讨论的其它部件:INA828,ADS1258-EPADS1298RADS1258ADS1278ADS131M08ADS131E08ADS131E08SADS1298REF6125REF6025

您好,

我正在为我的应用寻找一个 ADC,它包括16个由 INA828放大的惠斯通桥负载单元。 我计划使用2个 ADC,每个 ADC 每 秒采样放大器的8个伪差分输入,每输入至少采样1 k 个。 根据采样速度,我正在研究具有最高 ENOB 和分辨率的24位 ADC,我将操作 ADC 以获得每输入1k 样本,即至少8ks/s 目前 ,我正在研究这些 ADC,ADS131M08S,ADS1258-EP,ADS1298R 或 ADS1278-EP,我想知道我是否可以获得关于如何进一步缩小选择范围的建议,或者我是否错过了任何其他选项。 我希望有一个产品生产已有很长一段时间/有一个长寿计划,因为它也将用于医疗产品。

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    Esther,您好!

    您计划如何为 ADC 提供参考电压? 桥接测量通常使用比率测量,桥接激励电压也用作 ADC 参考电压。 因此,ADC 输入和 VREF 都可以看到激励电压的任何变化或漂移,并将其取消。 您是否要以这种方式设置系统? 如果是,您的电桥的激励电压是多少? 这还需要具有差动 VREF 输入的 ADC

    您的列表中有多路复用 ADC (ADS1258)和多个同步采样 ADC。 如您所述,多路复用 ADC 需要8 kSPS 的采样率(但可能由于滤波器设置时间等原因,采样率可能会更长),同时采样 ADC 可以同时转换每个输入。 因此,每个通道只需以1kSPS 采样,即可同时采样 ADC。 最后,您需要一个速度更高的多路复用 ADC 来测量1 kSPS 中的8个通道。

    INA828的带宽不是很高,特别是在高增益时。 我怀疑它有足够的带宽来驱动像 ADS1278这样的部件,因为它内部没有任何缓冲。

    我们没有名为 ADS131M08S 的设备,只有 ADS131M08或 ADS131E08S。 我猜您是指已经生产多年的 ADS131E08。 这可能是一个很好的选择设备,因为它具有集成增益阶段,可以作为 INA 输出的缓冲区(只需设置增益=1)。 如果要选择比率参考配置,ADS131E08 (或 ADS131E08S)具有差动 VREF 输入。 最后,通过8倍速同步 ADC,您可以选择1 kSPS 的数据速率,以获得最佳的 ADC 噪声性能,但如果使用高增益,噪声可能会由 INA828控制。 由于过滤器,第一个 ADC 样本将被延迟,但在连续转换模式下的后续转换将以每通道1kSPS 的速率提供。 或者,您可以在2kSPS 采样,以确保数据在您所需的时间范围内可用。

    布莱恩

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    您好,布莱恩,

    感谢你的回复。 我 当时想再有一个参考电路来提供2.5V,这将是放大器输出的中点,但它没有固定,所以我可以更改它以匹配 ADC 的输入范围。 或者让放大器和 ADC 共用相同的 VREF,尽管我不确定这会对负载单元电压的放大产生什么影响。 我的放大器当前具有接地作为 VREF。

    虽然我没有使用激励电压作为 VREF,但我的桥接激励电压是+10V,信号接地是否可能? 要获得差动 VREF 输入,我需要做些什么? 激励电压现在位于放大器 PCB 上,因此如果我要为 ADC 使用相同的激励电压,我是否需要将其放在同一电路板上,或者我可以通过电线将电压发送到 ADC 板?

    与同时采样相比,使用多路复用采样是否有任何好处,或者同步采样现在是否可以实现?  

    什么被视为高增益? 目前,我的放大器输出的增益设置为228,以获得小于5V 的电压。 但同样,它不是固定的,我可以根据 ADC 输入进行更改。

    是的,我的意思是 ADS131E08S,很抱歉打字错误。 连续转换模式和仅在请求时采样之间是否存在任何差异? ADS131E08S 和 ADS1298R 之间是否存在任何差异,或者 ADS131E08S 总体上是否是更好的选项? 我还看到有一个 ADS131E08和一个 ADS131E08S。 两者之间有何区别?

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    Esther,您好!

    通常,您需要在 ADC 中电源电压下 INA 输出的共模电压。 因此,如果 ADC 的 AVDD = 5V,则您希望 INA 输出的中心位置为2.5V。 因此,参考引脚应连接到2.5V,而不是接地。 如果要为 ADC 提供双极电源,例如+/-2.5V,则 INA 上的参考引脚应接地。

    要将+10V 激励电压与5V ADC 配合使用,您需要将10V 激励细分,或以某种方式将该电压水平切换至 ADC 的输入范围。 下图显示了如何设计此类电路。 请注意,RREF 和 RtoP 需要是精密电阻器,以确保参考尽可能具有比率。

    我希望终端系统的 INA 和 ADC 彼此之间的距离非常近,以最大程度地减少长迹线或飞线所产生的噪音。 现在,您可以为 INA 和 ADC 使用单独的 PCB,这并不理想。 如果您要将这两个组件放在同一电路板上,则只需将激励电压除以并将其应用于 ADC VREF 输入,如图所示。

    使用多路复用 ADC 的好处是,对于相同数量的信道,它们通常较小,因为它们内部只有1个 ADC。 但是,多路复用 ADC 的挑战在于,每次更改通道时,数字滤波器往往必须重新启动,这可能导致延迟。 同时采样 ADC 可以一直采样,从而消除了通过通道进行多路复用所导致的转换延迟。

    同样,连续转换模式会重复对选定通道进行采样,直到您告诉 ADC 停止。 如果您使用的是单影像模式,ADC 将执行一次转换,然后停止。 当您告诉 ADC 进行另一个转换时,您需要等待数字滤波器稳定,然后才能进行下一个转换。 对于您的应用,您可能希望在连续转换模式下选择同步采样 ADC,因为您有许多通道需要在相对较短的时间内采样(每个通道1 kSPS)

    INA828在增益=100时指定了260千赫的 BW,因此这肯定是高增益。 我们的许多精密 ADC 提供高达128的增益,这也被视为高增益。 228 V/V 的增益肯定是高增益,并将进一步降低 INA828的 BW。 这就是为什么需要缓冲 ADC 输入的原因,因为 INA828没有足够的 BW 直接驱动 ADC 输入。 同样,ADS131E08的增益为1,是一个很好的选择。

    ADS131E08和 ADS1298是类似的器件(24位8通道同步采样 Δ-Σ ADC)。 ADS1298增加了多项附加功能,使其适用于 ECG 或其他生物电势测量。 但是,这些功能在本应用程序中是不必要的。 但是,如果您已经在另一个应用程序中使用 ADS1298,并且非常熟悉该设备,那么您肯定可以将其用于该应用程序。 您不会使用其他 ECG 功能。

    ADS131E08S 只是 ADS131E08的快速启动版本。 但是,E08S 不提供外部 VREF 输入,如下表所示。 因此,如果要使用比率参考配置,则需要选择 ADS131E08。

    如果您还有其他问题,请告诉我。

    布莱恩

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    您好,布莱恩,

    感谢您的回复。 根据 ADS131E08数据表中的表7.3,VREF 可以达到5V,假设 AVDD 为5V,这意味着最大差动(在我的情况下为伪差动)输入为5V。 但是,根据所连接的9.3.4.1输入共模范围下的公式,如果我要使用 AVDD=5V,AVSS=0V 和 VCM=2.5V,最大差分信号只能达到4.4V  

    目前,放大器的我的输出范围为-0.1V 至4.5V,放大器的电压为0V VREF。 如果我要使用2.5V 作为放大器的 VREF,我必须降低放大器的增益,以获得2.46至4.4V (估计值)作为放大器输出,以保持在差动输入范围内。 这意味着我只能使用大约一半的 ADC 可用代码? 我可以降低共模电压以 使用全系列代码吗?还是这大致符合我的预期? 您还将如何为 ADC 选择 VREFN 和 VREFP? 如果我错了,我不太熟悉它的工作原理,请纠正我的错误!

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    Esther,您好!

    负载单元输出电压是单极还是双极? 例如,如果您正在测量重量,则只能有正输出信号,因为重量始终为正,即没有负重量。 因此,您只能使用 ADC 正代码范围,因为来自网桥的输出信号始终为正。 但是,如果您正在测量施加的力,则可能是正或负。

    如果输出始终为正,则只会使用 ADC 正代码范围。 您正确地确定了必须更改 INA 增益以确保 INA 输出电压处于 ADC 共模范围内。 但是,这并不一定是坏事。 根据系统的设置情况,您实际上可能无法使用所有 ADC 代码范围。 实际上,主要目标是确保系统的低噪声足以解决您需要测量的最小信号。 我们有一些关于此主题的培训材料: https://training.ti.com/ti-precision-labs-adcs

    我建议回顾“ADC 噪声”主题,特别是模块6.4。 本视频将逐步介绍电阻桥计算示例。 由于您将使用外部放大器,因此您可能还需要查看模块6.8。

    布莱恩

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    您好,布莱恩,

    感谢您的回复。 我的输出电压应该是单极的,但由于负载单元中的零偏移,我有时会有轻微的负电压读数。 感谢您提供的建议材料,我将了解一下。

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    Esther,您好!

    是的,可以使用+/-偏移电压,但我建议从桥上校准此初始偏移。 在某些情况下,偏移电压可能是最大桥接输出的10%,从而导致精度低下。

    阅读完我建议的内容后,如果您还有其他问题,请告诉我。

    布莱恩

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    Esther,您好!

    我只是想告诉大家,我们刚刚发布了一份关于桥接测量的应用说明: https://www.ti.com/lit/pdf/sbaa532

    这将有助于支持您可能遇到的一些其他问题。 我希望你们的设计能做得更好

    布莱恩

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    您好,布莱恩,

    感谢您的链接,它看起来非常有用。

    我实际上有几个问题。

    对于 ADS131E08,VREFP 可以使用5V,因此,当  共模电压为2.5V 时,最大差动输入为2V (带有一些缓冲器), 还是建议保持在4V 以下哪种情况下,我只能为最大差动输入提供1V? 或者,我可以使用更低的共模电压,例如2V? 这会有什么影响? 在这种情况下,代码的分布是否不同(例如2V 以上)会产生正代码,或者代码的读数仅为2.5以下作为"负"代码。

    此外,我目前正在尝试决定我的输入过滤器。  我使用了以下方程式,其中 Rin = 2kohm (估计值)。 这是否有理想的价值?) 使用 fc (dif)= FMod/100,其中 FMod = fclk/2和 fclk = 2.048MHz

    我得到了 Cdif = 3.9 nF,cm = Cdif/10 = 0.39 nF。 这些值是合适的过滤器值,还是使用数据表中提到的值(1kohm,cm = 47pF,Cdif = 0.015uF)是更好的选择?

    顺便提一下,在我发现的这个参考设计 中,https://www.ti.com/lit/pdf/tidub80 ,我能不能问 SPI 引脚上的0欧姆电阻 器是什么,为什么这些值呢? 此外,它们还将我所假设的一个上拉电阻器放置在连接 DVDD 的 CS 引脚上。 我将对 DVDD 使用3.3V,但我正在使用 Arduino 进行通信,SPI 引脚之间的电平转换器将3.3V 转换为5V,反之亦然。 我只想确认 ,由于 DVDD 不是5V,CS 的启动仍能正常工作。

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    Esther,您好!

    您可以在此应用程序中使用设备允许的最大 VREF 值。 因此,如果您选择的 ADS131E08 AVDD = 5V,则 VREF 可以达到 AVDD 或5V。

    现在,假设您可以将 INA 的输出调整为0.5V 至4.5V 的电压跨度,其中 INA REF = 0V。 然后,使用精确电压参考生成2.5V 电压,并将其与每个输入的 INxN 连接,从而根据2.5V 测量每个 INxP 输入。 您还可以使用之前讨论的伪比率参考 I,或者使用用于偏置 INxN 的相同精度参考电压,将 ADC 参考电压设置为2.5V。 这一切都以下图示例的形式显示。

    当 INA 输出为0.5V (IN1P = 0.5V)时,ADC 将根据 IN1N 测量此值,这样 VDIFF = IN1P - IN1N = 0.5V - 2.5V =-2V。 使用 VREF = 2.5V,ADC 输出代码约为-0.8*FS,其中 FS =全刻度。 当 INA 输出为4.5V (IN1P = 4.5V)时,ADC 将根据 IN1N 测量此值,这样 VDIFF = IN1P - IN1N = 4.5V - 2.5V =+2V。 使用 VREF =2.5V,ADC 输出代码约为0.8*FS。 此配置允许您使用 ADC 全刻度范围的大多数+/-80%,但如果选择,您可能可以调整电路以使用更多此范围。 只需按照数据表中的方程式4确保尊重 ADS131E08共模范围。

    有关为抗锯齿过滤器选择合适的 RC 组件的详细信息,请查看此常见问题解答: https://e2e.ti.com/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/955466/faq-delta-sigma-adc-anti-aliasing-filter-component-selection

    数字线路上的0欧姆电阻器是终端电阻器。 这些值通常为30-50欧姆,但这种参考设计的设计师似乎并不认为它们在最终设计中是必要的。

    我对最后一个问题有点困惑。 如果您正在设置 DVDD = 3.3V,为什么需要电平转换器? Arduino 上的 IO 电压是否仅为5V? 只要液位调节器工作正常,从 CS 向上拉至 DVDD 即可工作。

    布莱恩

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    您好,布莱恩,

    感谢您的澄清。 只是为了证实,由于您建议的方法使用伪差分输入,我是否将其视为抗锯齿滤波器的差分信号,或者我是否可以将其视为单端信号,仅过滤放大器的输入?

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    Esther,您好!

    用于连接 E08的参考信号应该已经是低噪声,并对输出进行一些过滤。 因此,您应该能够在 E08上的每个 INxP 输入上使用单端 RC 滤波器

    布莱恩

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    您好,布莱恩,

    感谢您的回复。 只是为了证实,要 根据 您所提到的链路中所述的差模设计准则计算单端 RC 滤波器的电容器值,我应该使用 C =1/(2*PI*R*F)而不是 C =1/(2*PI*2R*F)

    我目前正在考虑参考信号输入和 VREFP 的 REF6125。  我想知道我是否可以使用 EVM 中的电路来实现 REF6025,还是应该更改一些电容器/电阻器值? 或者我还可以考虑其他方案吗?

     

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    Esther,您好!

    您对筛选器计算正确无误

    REF6xxx 系列电压参考是一个很好的选择,因为 ADS131E08 VREF 输入是无缓冲的。 REF6xxx 具有集成输出缓冲器,可使输出阻抗保持在极低的水平(~50mohm)。 就 VREF 电路而言,它们在 EVM 中显示的内容可能是可以接受的,但我始终建议您阅读设备数据表,以便您了解为什么某些组件是必需的以及它们的组件值应该是什么。 如果您对 VREF 有具体问题,也可以通过 E2E 电源管理论坛与该团队联系。

    布莱恩