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[参考译文] ADS1248：使用外部电压参考监视器检测损坏的PT100导联

admin
Guru**** 1821780 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS1248, ADS124S08, ADS124S08EVM, MSP430F5529, ADS1178, ADS8688, REF5025, REF5050
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/602523/ads1248-detecting-broken-pt100-lead-by-using-the-external-voltage-reference-monitor

部件号：ADS1248
线程中讨论的其他部件： ADS124S08， ADS124S08EVM， MSP430F5529， ADS1178， ADS8688， REF5025， REF5050

我们使用PT100在4线配置中使用Rbios电阻器进行温度测量，以创建外部电压参考。

我们注意到，如果电线断开，特别是连接到ADC输入的两根电线，则测量值在预期范围内，因此我们无法将其与正常测量区分开来并检测到故障。

我们一直在考虑切换到3线配置，以改善故障器件检测，但我们仍将有一根导线连接到ADC输入，无法检测到该故障。

在3线配置中，如果2根输入导线(也用于注入电流)中的任何一根断开，将导致外部参考电压减半。

理论上，我们可以使用外部电压参考监视器来检测/测量值，并检测它是否变为预期值的一半。

对这种方法产生怀疑的是ADS1248数据表(SBAS426H)第9.3 12节-“启用系统监视器时，模拟输入断开连接”中的以下陈述

不清楚IDAC是否也将从针脚断开，因此没有电流流经PT100，Rbios电阻器上也不存在参考电压。 在这种情况下，外部电压参考监视器不会测量任何内容。

我们目前不能测试这种情况，因为我们还没有设置。 因此我们必须依赖现有的书面信息。

欢迎提出任何意见，建议和建议。

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    TI__Guru**** 1821780 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。
    尼古拉


    您应该能够在所描述的模式下使用系统监视器。 启用系统监视器后，它将从ADC断开模拟输入，但不应断开IDAC与多路复用器其余部分的连接。 因此，如果RTD的其中一个连接断开或断开，您应该能够看到参考电压的下降(降至值的一半或降至0)。 如果RTD仍正确连接，您将看到参考电压处于正确的电压。


    吴若瑟
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    TI__Guru**** 1821780 points
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    你好，Nikolai，

    我想对约瑟夫已经说过的话再详细一点。
    实际上，我们计划在今年晚些时候围绕传感器故障检测主题编写一份应用说明，因为这些问题经常出现。

    在4线RTD应用中使用ADS1248时，除其它外，您还可以使用以下选项来检测开路线：

    • 当两根激励电线中的一根断裂时，在许多情况下您将读取+FS或-FS值。
      此外，您还可以通过测量外部偏置电阻器(使用参考电压监测器)上的电压来检测这种情况，在这种情况下，电压应接近0伏。
      一些客户还利用REFP0上的GPIO输入来检测电压是否高于或低于逻辑电平阈值。 在这种情况下，您将在诊断周期中将REFP0引脚配置为GPIO输入。
    • 为了正确检测断裂的感应线，您需要将ADC输入拉至超出正常测量范围的状态。 您可以通过在诊断周期中启用集成的烧坏电流源(BOCS)来实现此目的。 然后，这些电流源将一个或两个ADC输入拉至正或负电源轨。 然后，您应该读取一个FS值。 您需要确保烧断电流源可以在诊断周期中足够快地为RC滤波器的外部电容器充电。
      另一个选项是在诊断周期中将激励电流源(IDAC)路由到不同的模拟输入，以在导线断裂时强制执行某些条件。

    我也可以对3线RTD应用进行详细说明。 但检测方法在一定程度上取决于您如何实施测量(您是使用两个IDAC还是仅使用一个IDAC，您是在高压侧还是低压侧使用偏置电阻器)。

    去年，我们发布了ADS124S08，它是下一代ADS1248。 我们在该设备中集成了一些诊断功能，以帮助检测传感器导线开路。
    例如，我们可以检测外部参考电压是否降至两个不同的阈值以下，而无需测量回参考电压。 第一个阈值可以检测参考电压是否减半，第二个阈值可以检测参考电压是否完全缺失。
    我们还集成了显示器，用于检查PGA输出是否与电源连接。 这也非常有助于准确检测哪个电线断开。

    您可以使用ADS124S08EVM来测试所有这些功能的工作方式。 此评估板设计用于RTD (和其他传感器)测量。

    如果您需要更多详细信息，请告知我们。

    此致，

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    TI__Guru**** 1821780 points
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    你好，Joseph和Joachim：

    非常感谢您的建议！

    我们一定要看看ADS124S08，并且很可能会围绕它设计我们的ADC板。

    我刚刚加入了该公司，该公司目前拥有基于LTC2442的产品，但我认为ADS1248在各个方面都要好得多–灵活性，价格，技术信息等！

    如果我们继续进行新的设计(我们很可能会这样做)，我将根据提供的所有建议，对检测电线故障进行测试，以评估哪一个提供了最佳结果，哪一个最容易实施。 这可能需要几个月的时间，但如果有结果，我将就这一讨论线分享。

    购买方式，是否有适用于Linux的SPI驱动程序可用于ADS1248，特别是针对iMX6处理器？

    再次感谢您的快速响应！

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    TI__Guru**** 1821780 points
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    尼古拉


    您可以从TI.com下载一些示例代码，但它应与MSP430F5529启动板一起使用。 我不知道任何针对i.MX处理器编写的内容。

    您可以在此处找到示例代码：

    www.ti.com/.../toolssoftware

    并转到ADS1x4x固件示例代码的链接。


    吴若瑟
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    TI__Guru**** 1821780 points
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    你好，Joseph和Joachim：

    我发现SPI控制器驱动程序可用于所有的iMX SoC，我可能还会获得一个，并且我将要使用的SBC上加载了Ubuntu。 SPI控制器驱动器取决于SoC。

    但是，由于将连接到SBC的ADC板将是我们自己的设计，因此我需要编写与ADS124S08接口匹配的SPI协议驱动程序。 我希望从TI获得这种驱动程序。 SPI协议驱动程序独立于处理器，但取决于目标，在本例中为ADS124S08。

    我在TI网站上找到了Linux驱动程序，但在其它ADC上却没有找到。 一些用于带有SPI接口的ADC，另一些用于I2C接口- www.ti.com/.../universalsearch.tsp

    上述列表中具有SPI接口的ADC为ADS1178和ADS8688。

    您是否能够推荐将这两个驱动程序中的哪一个用作修改和编写ADS124S08 Linux驱动程序的模板？

    我希望其中一个接口与ADS124S08具有相似(如果不相同)的接口。 我会尝试根据数据表对它们进行比较，但会很费力。 ：)

    非常感谢！
    尼古拉

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    TI__Guru**** 1821780 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。
    尼古拉


    如果您决定使用ADS124S08，可在下面找到示例软件。 我在上一篇文章中提供的链接是用于ADS1248的链接。

    www.ti.com/.../sbac159

    至于您找到的Linux驱动程序，我认为它们都不像ADS124S08。 ADS1178是我们产品系列的一部分，但它以更高的数据速率运行。 它没有用于编程的命令集或寄存器，旨在尽可能快地输出数据。 ADS8688具有一组寄存器，但没有类似的命令集来操作设备。 我认为这两个都不是一个好的起点。


    吴若瑟
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    TI__Guru**** 1821780 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，Joachim和Joseph：

    我终于开始使用ADS124S08设计ADC板了。 我已经查看了一些与使用ADS124S08相关的帖子以及TI在线文档和应用手册。

    我的设计有4路输入–2个4线RTD和2个精密电阻器，用于校准最大/最小温度点。

    我对参考电压REFP0/REFN0和REFP1/REFN1的正确设计感到困惑：

    在某些示例中，我看到使用的是REFP0/REFN0，而在其他示例中，我看到使用的是REFP1/REFN1。

    在某些示例中，Rbias和Rref是一个相同的电阻器，在其他示例中，它们是两个不同的电阻器。

    它们是否还需要精密电阻器(0.1 %)？

    我也不确定AVDD使用的是什么5V还是3.3V？

    AVDD应该有多稳定？

    在某些示例中，使用外部设备(REF5025) (如ADS1x4S08评估模块www.ti.com/.../sbau272a.pdf中)提供AVDD，据我所知，AVDD是2.5V (而不是5V或3.3V)！？

    同时，我不确定模拟输入与AVDD/AVSS配置相比的偏置。

    我想为AVDD/AVSS使用单个5V/GND (或3.3V/GND)。 在这种情况下，即使我连接到校准精密电阻器，我也肯定需要参考电阻偏置，因此我需要模拟RTD的4线连接。

    下面是我当前的设计

    请给出建议！

    非常感谢！

    尼古拉

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    TI__Guru**** 1821780 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。

    你好，Nikolai，

    我会代表约瑟和约阿希姆作答，如果他们有进一步的意见，他们可以补充我的答案。  请看下面我的评论。

    此致，

    Bob B

    [报价用户="Nikolai Nikolov"]

    您好，Joachim和Joseph：

    我终于开始使用 ADS124S08设计ADC板了。 我已经查看了一些与 使用ADS124S08相关的帖子 以及TI在线文档和应用手册。

    我的设计有4路输入–2个4线RTD和2个精密电阻器，用于校准最大/最小温度点。

    我对参考电压REFP0/REFN0和REFP1/REFN1的正确设计感到困惑：

    在某些示例中，我看到使用的是REFP0/REFN0，而在其他示例中，我看到使用的是REFP1/REFN1。 [Bob]您可以使用任一参考输入。  您可以根据系统中所需的输入数量或 PCB布局的易用性选择其中一个，但两个参考输入在功能上都是相同的。

    在某些示例中，Rbias和Rref是一个相同的电阻器，在其他示例中，它们是两个不同的电阻器。 [Bob] 这两种不同的建立基准的方法取决于所使用的传感器类型和所需的温度分辨率。  一种方法使用高侧基准，其中两个电阻器与一个电阻器一起用于建立基准，另一个用于将传感器偏置为正确的共模。  第二种方法是 低侧参考，其中仅使用一个电阻器来建立参考以及为RTD的正确共模电压设置偏置。

    要进行比例测量，传感器的激励和参考应是相同的源。  对于2线和4线RTD，只使用一个电流源，但对于3线RTD，通常使用2个电流源来抵消测量的导联电阻。  这是一种3线情况，其中高侧参考具有轻微优势，因为用于激发参考的电流与激发RTD的电流相同，测量值为比例式。  对于低侧方法，参考是使用两个电流源建立的，但RTD仅由其中一个电流源激发。   第二个电流源的噪声和漂移将添加到参考中，这会影响 RTD和参考之间的比率的性质。  ADS124S08数据表介绍了高侧参考在3线RTD应用中的用法。  对于您在原理图中显示的4线机箱，低侧参考很适合使用。

    它们是否还需要精密电阻器(0.1 %)？ [Bob] 这与其说是初始精确度，不如说是参考电阻器的稳定性。  初始精度可以校准，但过温漂移的电阻器可能是一个问题。  200ppm/ deg C电阻器将出现问题。  一般而言，低ppm漂移电阻器(如10ppm/ deg C)也很可能是0.1 % 或更好的电阻器，具有容差。

    我也不确定AVDD使用的是什么5V还是3.3V？ [Bob] 使用5V AVDD，您将获得最有效的范围。  但是，根据所使用的IDAC电流，参考电阻值，电流路径中任何附加串联电阻的值 以及RTD的预期温度范围，您可以使用3.3V AVDD。   在分析中，您必须考虑设计中的所有压降。  使用所需的电阻值和电流，然后将 总压降相加。 总压降必须低于AVDD，以保持所 用电流符合电气特性表中有关符合性电压的数据表(第10页)中给出的要求。   

    AVDD应该有多稳定？ [Bob]我们通常建议使用LDO来保持低噪声和一致的AVDD电源。  如果电源噪音很大，噪音可能会进入结果。  此外，如果您的设计接近合规电压，而AVDD不稳定，则可能会违反合规性。

    在某些示例中，使用外部设备(REF5025) (如ADS1x4S08评估模块www.ti.com/.../sbau272a.pdf中)提供AVDD，据我所知，AVDD是2.5V (而不是5V或3.3V)！？ [Bob]我相信您误读了原理图。  REF5025仅用作参考源。  AVDD电源可以是5V或3.3V，由跳线JP9选择。  JP8是 连接到J8的传感器的电压激励源，您可能会感到困惑。  

    同时，我不确定模拟输入与AVDD/AVSS配置相比的偏置。

    我想为AVDD/AVSS使用单个5V/GND (或3.3V/GND)。 在这种情况下，即使我连接到校准精密电阻器，我也肯定需要参考电阻偏置，因此我需要模拟RTD的4线连接。 [BOB]对于低侧参考，您要建立传感器的共模，使其接近(AVDD-AVSS)/2或接近AVDD中的所有可能增益。  根据常用电阻值和您希望使用的电流，参考电阻器(也用于偏置共模)可建立 一个电压，在RTD的所需测量范围内保持正确的共模。  最小参考电压为0.5V，因此您必须选择一个IDAC电流和至少建立0.5V的参考/偏置电阻。  您可能还需要大于0.5V的偏置电压，以满足 所需的输入范围，从而达到数据表7.3 中提供的所需增益量。

    下面是我当前的设计

    请给出建议！

    非常感谢！

    尼古拉

    [/引述]

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    TI__Guru**** 1821780 points
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    你好，Nikolai，

    我相信Bob解决了您的所有问题。 如果不是，请告知我们。

    我只想对您的原理图发表评论。 从我看来，它看起来很好。
    但是，我不太了解电阻器R7至R14的意图和连接。 虽然我知道您在这里要做什么。

    R15的值必须根据您要测量的RTD范围以及您要使用的IDAC和PGA增益设置来选择。 如果您需要有关选择正确设置的帮助，请告诉我们。

    您是否总是要将同一类型的RTD连接到两个连接器？ 例如，两者上的Pt100或Pt1000？
    如果不是，则可能最好为每个RTD使用一个精密参考电阻器。 然后，每个参考电阻器使用一个参考输入对。
    您需要支持哪些不同的RTD温度范围？ 您可以通过简单地更改IDAC电流的大小来支持不同的量程。 这样，您就不需要在PCB上放置多个昂贵的参考电阻器。

    R17不一定是必需的，尽管我们在大多数示例电路中都展示了它。 使用0欧姆电阻器进行初始测试应该可以。

    此致，
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    TI__Guru**** 1821780 points
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    您好，Joachim：

    非常感谢您和Bob的响应以及帮助您选择正确的电阻/电容器值的提议！

    我肯定需要这样的帮助，因为我看ADS124S08和ADS1248的应用示例越多，我就越困惑！ ：(

    应用示例使用ADS1248的情况如何适用于ADS124S08？

    我们使用LTC2442进行了类似的设计(在我任职公司之前很久)，但我们希望迁移到TI ADC。 我们使用标准PT100，在大多数应用中测量温度+40至-200°C，在一个特定应用中测量温度+100至-200°C。 这分别代表115.54 欧姆至18.52 欧姆和138.51 欧姆至18.52 欧姆。

    R7 (精度为100欧姆)和R11 (精度为22欧姆(非精度为))用于表示0°C和约-200°C的校准。 这是我们产品中使用的现有设计的一部分。

    请推荐IDAC和RGA增益设置。

    在某些示例中，对于IDAC和PGA增益为8或4的情况，建议在其他1mA中使用0.5 mA。 对于相对应的Rbase/Rref的Vref和Vbase值，我感到非常困惑，在我的设计中，R15是相同的电阻器。

    我目前已选择AVDD/AVSS作为5V/GND，但可以改为3.3V–不确定哪一个更好！？

    如果是5V电压，我是否需要Vref/Vbase电压约为2.5V？ 对于1mA的IDAC，我是否需要将Rbase/Rref设置为2Kohm (如 在www.ti.com/.../sbaa201.pdf中) ，我是否也对RC滤波器采用类似应用报告中使用的值(图8)？

    此外，我是否使用LDO提供低噪声AVDD电源，例如REF5050？

    非常感谢您的建议！

    此致，

    尼古拉

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    TI__Guru**** 1821780 points
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    你好，Nikolai。

    很抱歉，不同的例子让你感到困惑。 问题是在部件选择方面没有黑白答案。 这更像是一种艺术:-)和迭代过程。 这些值还取决于许多不同的因素。 这就是为什么您会看到这么多不同的示例电路。
    一般情况下，您可以使用ADS124S08以相同的方式实现ADS1248所示的示例。

    感谢您对R7和R11的解释。 虽然我希望R11也需要是一个精密电阻器。

    如果您不想仅为ADS124S08创建单独的5V电源，则只需为AVDD，DVDD和IOVDD使用一个3.3V电源即可。
    使用更高的模拟电源电压，我们可能能够使用更大的IDAC值，这可能会产生稍好的温度分辨率。 但我认为这并不重要。 比分辨率更重要的可能是您的准确性。
    简而言之，如果您想节省成本和PCB空间，请使用单个3.3V电源。

    我肯定会推荐使用LDO作为AVDD电源。 这可以是具有良好PSRR的简单而便宜的LDO。
    您不需要使用参考电压，例如REF5050。 这太贵了。

    关于过滤器选择。 答案也没有对错。 以下是我个人用于选择RC滤波器值的指南：
    1)选择最小的R值，该值将在最大预期过压时将输入电流限制为10mA。 当然，您需要一些利润。 如果您想要保护高达10V的过电压，例如，您可以使用1kOhm或更大的串联电阻器。
    2)选择差分电容器值以获得比调制器频率(FMod)低十(或更远)的角频率，以便在调制器频率下从RC滤波器获得至少20dB衰减。 ADS124S08的调制器频率为256kHz。
    我通常建议将角频率设置为输出数据速率或10倍以上。 意味着如果数据速率为100SPS，请将角频率设置在100Hz和几kHz之间。
    如果您还想放置共模盖，请使它们比差动盖小10到20倍。
    使用1kOhm电阻器时的一个良好起点通常是100nF的差动电容和4.7nF的共模电容。 但您的价值观也很好。

    关于RREF值选择：这是一个迭代过程，用于查找适合预期RTD测量范围的PGA增益，IDAC值和RREF的最佳组合。 RREF有一些要求：
    1)在您的情况下，RREF至少需要为RREF >=(增益* RTD_max)(4线RTD测量)。 表示使用GAIN=1时，RREF至少需要为140欧姆。 但是，此值将太小，因为您还需要满足一些其他要求。
    2) VREF = RREF * IDAC需要大于ADS124S08允许的最小参考电压0.5V。
    3) VREF需要满足所选PGA增益的最小绝对输入电压。
    4)在上部，我不会使VREF比AVDD/2大得多。

    让我运行一些计算，以了解哪一个RREF，Gain和IDAC值在您的情况下最有效。

    此致，
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    TI__Guru**** 1821780 points
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    你好，Nikolai，

    以下设置应适用于您的情况。 请从您的端部仔细检查它们。
    RREF = 1.21kOhm，IDAC=1mA，增益=8
    RREF = 2.32kOhm，IDAC=750uA，增益=16
    RREF = 2.43k Ω，IDAC=500uA，增益=16

    此致，
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    TI__Guru**** 1821780 points
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    您好，Joachim：

    感谢您的帮助！

    我查看了我的RC筛选器计算结果，发现我忘记了更改原理图上的值来表示我的实际计算！ 下面是最新的示意图，其中包含正确的值。 电阻器为11kOhm和10kOhm (非1kOhm)。 电容器的值仍然相同。 我使用 http://www.ti.com/lit/an/sbaa201/sbaa201.pdf中的公式计算，3.2 章节如下所示-对于输入路径上的差模滤波器角频率为= 153Hz，而参考路径上的角频率为= 151Hz。

    这些RC值和频率是否良好(或过低)？

    我还决定采纳您对RREF和IDAC的建议–Rref = 2.4kOhm，IDAC = 500uA和增益= 16。

    2.4kOhm是最接近您推荐值的标准电阻值。 当一个选择标准电阻值时，在这种特定情况下选择更高或更低的值是否更好？ 也许IDAC = 750uA更好？

    此致，

    尼古拉

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    TI__Guru**** 1821780 points
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    你好，Nikolai，

    如果您不需要防止高过电压，我强烈建议通过增大电容器值而不是电阻值来调整RC滤波器角频率。 较大的电阻器会由于ADC输入电流造成的压降而产生偏移错误。

    正如我所说的，在设置角频率时，没有真正正确或错误的答案。
    我完全可以使用1k，100nF和4.7nF。

    如果您将角频率设置得太低，那么在从一个RTD测量转换到另一个RTD测量时，输入信号可能需要较长时间才能稳定下来。

    是的，使用2.4k的RREF是非常好的。 甚至更好。 我在那里有足够的余量，只查找了1 % 电阻值。

    此致，

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    TI__Guru**** 1821780 points
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    抱歉，我忘记了，您当然还应该在您的校准电阻器测量路径上提供RC滤波器。

    此致，
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    TI__Guru**** 1821780 points
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    您好，Joachim：

    感谢您的推荐！ 我已在原理图中实施了所有这些。

    但有一个问题，即Rref (R15)需要有多精确？ 如果需要，我可以使用1 % 电阻器！ 正如您所指出的，1 % 电阻器中确实存在2.32k和2.43k等值。

    此致，

    尼古拉

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    TI__Guru**** 1821780 points
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    你好，Nikolai，

    最后，R15的精度(和漂移)将确定整个系统的增益误差，除非您用两个校准电阻测量值来补偿该误差。

    大多数客户不使用您在设计中显示的校准电阻器。
    在这种情况下，您可以通过将精密电阻器连接到RTD端子，在Ta=25°C处执行一次性系统增益校准。 然后，您将依靠参考电阻器R15的低温和长期漂移来保证所需的测量性能(随温度和时间变化)。
    这意味着R15的初始精确度无关紧要，但它必须是低漂移电阻器。 R15通常使用5至20ppm/°C电阻器。 通常，低漂移电阻器的初始准确度也很高。

    此致，
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    TI__Guru**** 1821780 points
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    您好，Joachim：

    我们需要花费大量时间来完成电路板设计，但最终我们正在准备PCB的布局。

    我还有一个关于ADS1248的使用问题，或者更确切地说是它的电源。

    我决定使用TI同步降压转换器TP6.2112万和TP6.2111万为板和随附的SBC (基于ARM A5的CPU)提供5V和3.3V电压。 出于各种“历史”原因，我们的外部电源为15V DC (由超级电容器支持)，因此如果我使用LDO稳压器，它们的压降和耗散功率对于SMD设备来说太大。

    因此，需要使用直流-直流转换器。

    请您评论来自TP6211x转换器的任何噪声对ADS1248操作和测量的影响。 AVDD连接至5V和DVDD/IOVDD至3.3V，它们来自TP6.2112万和TP6.2111万转换器。 通过设置仅PWM模式，将转换器设置为低噪声操作。

    感谢您的建议！

    此致，

    尼古拉

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    尼古拉


    此时，我们没有多少关于用于为ADC供电的不同电源的指导。 通常，我们建议使用降压转换器来降低电压，然后使用LDO来清洁电源。 这可能有助于降低LDO的功耗。 我们计划查看不同类型的直流-直流转换器电源的噪音伪影，但我们尚未进行任何测试。

    一般而言，PSRR有助于抑制某些电源噪音，但除了直流规格，我没有交流PSR. 除此之外，我将避免使用以调制器频率的倍数切换的直流-直流转换器。


    吴若瑟