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[参考译文] ADS1248:ADS1248单端测量

Guru**** 2445730 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS1248, ADS1220, ADS124S08

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/604098/ads1248-ads1248-single-ended-measurement

部件号:ADS1248
主题中讨论的其他部件: ADS1220REF3030ADS124S08

您好,

我必须在一个项目中使用ADS1248。 实际上并不需要差分测量。 我只需测量带固定(1mA)电流的电阻器上的电压。

因此,我已将电阻器(必须测量)的一个引脚连接到GND,将另一个引脚连接到(正极)输入通道。

如何处理负极通道? 我是否可以简单地(或通过电阻器)将其连接到GND,以便进行具有完整ADC范围的单端测量?

从数据表中,我看到了一些"伪差分"测量,其中负极通道未连接到GND,而是连接到VCC/2或其他设备。 这里有什么优势?

此致

丹尼尔

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    Daniel,


    问题是由于PGA前端的输入范围,您无法将负极输入引脚连接到接地。增益为1时,输入限制为GND+0.1V。 当PGA增益较高时,输入会进一步受到限制,因为增益会限制输入共模范围。 从ADS1248数据表的第26页开始,将对PGA进行说明。

    为了测量电流,我建议将电流通过电阻器吸入接地以外的其他地方。 可以将1mA吸入ADS1248内部参考的VREFOUT。 使用单极电源时,将VREFCOM连接到AVSS/GND ON。 这将使1mA吸入高于GND 2.048V的电压。

    要进行测量,您的负输入将位于电阻器底部,连接至VREFOUT,正输入将位于电阻器顶部,降低1mA。

    如果您仍然需要一个一直到GND的输入,我会考虑使用ADS1220或ADS124S0x器件。 两者都类似于ADS1248,但用户可以绕过PGA,以便测量输入可以分别向下到达GND-0.1V或GND-0.05V。


    吴若瑟
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    尊敬的Joseph:

    感谢您的解释。

    是否还可以选择将2V的外部参考电压连接至负极通道,而不是将电流吸入VREFOUT? 同时,我想将电流通过电阻器吸入到当前的GND。

    我想到这一想法是因为这对于我们目前拥有的硬件来说不是一个很大的布局更改。

    此致

    丹尼尔

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    Daniel,


    我不确定将负极输入连接到外部2V参考电压对您有多大帮助。 这取决于测量的性质。 我不会有问题连接,因为它在负输入的操作范围内。

    但是,您需要确保存在电流,并且需要足够的电阻来保持电压高于AVSS 100mV。 如果没有电流或电阻过低,则电压降至100mV以下,并超出PGA的范围。 此外,您可能会在参考中遇到错误,因此,如果没有某种校准,您可能无法进行准确的测量。

    您是否有可以分享的示意图? 除了使用外部引用,可能还有其他替代方法。


    吴若瑟

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    尊敬的Joseph:

    下面是我们设计的屏幕截图。

    如您所见,我们已通过电压偏差器将AIN5-7 (负极通道)连接到3V的精密电压参考,因此我们在这些输入通道上具有1.5 电压电平。 在AIN0上,我们连接了一个用于校准测量的精密1k电阻器,在AIN1上,我们有一个接头X160,用于连接PT1000温度传感器。 IEXC1配置为启用1mA电流源。

    现在的概念是首先打开T12,使1mA的流量通过R162并进行一次校准测量。 第二步是关闭T12并打开T13,让1mA电流流经连接的PT1000进入GND,然后再次测量。 在测量参考电阻器R162时,可能需要调整电压偏R149/R161以匹配正极通道上的电压。

    这是可能的设置吗?

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    Daniel,


    基本上,您可以进行这种类型的测量,但需要记住一些问题。 REF3030中存在一些错误,这会抵消您使用分压器设置的1.5V电压。

    另外,我建议删除R156和R157。 校准期间,T12将1mA输出至2.5kΩ μ A,这意味着堆栈电压为2.5V。 当AVDD = 3.3V时,正极电源的符合电压为800mV。 这有点小,您会发现IDAC电流将大大低于1mA。 查看数据表中的图41,了解IDAC电压合规性。 虽然这个数字是5V电源,但您会看到,在800mV的IDAC电压合规性下,1mA的IDAC,您可能会接近850uV。 如果删除R156和R157,则不会出现此问题。 如果您需要它们,请将其制作为500Ω。

    如果PT1000连接到X160的端子1和2,并且PT1000正在主动测量高温,则可能需要进一步调整。 在非常热的温度下,PT1000的电阻为3kΩ Ω 或4kΩ Ω。 这也会增加堆栈电压,以便IDAC输出会因合规电压而下降。

    但是,我仍然不清楚您要衡量的是什么。 您是否只是尝试测量两线PT1000? 如果是这种情况,我只会使用一个4kΩ μ m精密电阻器的比率测量作为来自REFP1和REFN1的参考。 我也不明白为什么要使用T12和T13,因为你只能将电流发送到IEXC1和IEXC2。 我可以想出几种不同的方法来进行这种测量,但我只是想更清楚地了解一下您想要测量的确切内容。


    吴若瑟
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    尊敬的Joseph:

    实际上,我正在尝试测量两线PT1000。 我们的最高温度为-100至100°C。 测量 值必须至少与0.1°C一样精确,如果可能的话。

    晶体管的原因是,我们不仅有上图所示的一个通道,而且有多达6个通道,我们必须逐个测量。 每个通道都有一个晶体管,用于将电流切换至通道。

    感谢您向我指出 电压问题。我会将R156和R157调整为500欧姆。  

    关于REF3030的偏移:我知道这一点,而且由于这些电阻器的公差,分压器R149/R161也会产生更多的错误。 这就是我想要使用R162进行校准测量的原因。 您认为我可以使用此校准测量校准偏移误差吗?

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    Daniel,

    我认为设置稍微不同并简化测量会更好。 另外,我建议您使用ADS124S08,它具有更多的模拟输入。 下面是一个示例,说明如何测量6个应更准确的双线RTD。 我在没有任何输入筛选的情况下绘制了这个。 在工业环境中,您可以使用简单的RC滤波来减少任何EMI/RFI以降低噪音。 如果您不需要过滤,则可以减少使用的模拟输入,并直接通过用于测量输入的模拟输入驱动RTD。

    IDAC单独激发RTD。 图中显示了RTD1的测量值。 IDAC1连接到AIN0,激发RTD1和参考电阻。 ADC使用AIN1和AINCOM测量RTD。 为了测量RTD2,IDAC1路由到AIN2,ADC测量从AIN3到AINCOM,依此类推。

    由于相同的IDAC电流同时驱动RTD和参考电阻器,因此这是一种比率测量。 要获得RTD值,您无需计算电压,ADC输出是RTD电阻和参考电阻之间的比率。

    ADC输出= 2^23 * PGA增益*(RTD/RREF)

    参考值应大于RTD电阻。 参考表示正的满刻度范围。 您将需要一个用于RREF的精密电阻器。 它应具有高精度和低漂移。 RREF中的任何错误都将显示为增益错误。

    在设计中,您需要确保RTD传感器电压处于PGA的输入范围内。 另外,确认RRTD + RREF之间的电压在IDAC的符合电压范围内(如果电压过高,则IDAC电流开始下降)。

    ADS124S08数据表的末尾有一个示例应用程序。 它适用于三线RTD测量,但它确实概述了设计过程。 不管怎样,我一定会为您的设计考虑ADS124S08。

    吴若瑟

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    尊敬的Joseph:

    感谢您的详细解释。 几个问题:
    -此设计需要具有4.5V或更高电压的电源,因为RRTD + RREF之间的电压高于2V,当RREF大于RRTD时,由于IDAC合规性电压要求,测量温度高于0°C时,该电压至少高于2V。 不好的是,我的PCB上只有3.3V的电压,如果可能的话,我想避免使用5V电源。 您认为有机会处理此问题吗?
    -在另一个PCB上,我处于类似的情况,但只需要测量4 RTD。 我是否可以以同样的方式使用ADS1248,但将IELC1/2用作一个额外需要的电流源?
    -对于您所描述的概念,是否需要额外的外部电压参考?
    -当我们使用上述过滤时,您期望RTD测量的精确度是多少?

    不幸的是,我的客户在推动我之前提出的解决方案的运行。 他在一个旧项目中用运算放大器开发滤波和外部电流源电路方面投入了大量精力,并希望重复使用。 其目的是避免使用外部电流源,而是使用ADS1248的IDAC。 您认为我的建议是否可以通过您之前描述的修改(移除1k5电阻并将AVDD/2作为负输入置于一个通道)。 我知道现在的专业和专业讨论,希望下周与客户讨论这些内容。 那么,您是否认为测量通常可以通过这种方式进行?

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    Daniel,


    如果您在-100°C至+100°C之间进行测量,则PT1000的电阻范围将为约600Ω Ω 至1400Ω Ω。 如果您使用2800Ω Ω 的参考电阻,则总电阻为4200Ω Ω;如果您使用500uA IDAC电流(PGA增益为2),则总电压为2.1V,参考电压为1.4V。 这将在PGA的输入范围内,并且在IDAC合规电压范围内。 我认为您根本不需要5V电源。

    如果您只需要4个通道,我认为ADS1248可以正常工作。 您需要使用IE-C引脚来提供电流,但您有足够的电流进行测量。 我要注意的是,ADS124S08确实具有更好的增益误差和偏移规格(以及更好的电压合规规格)。

    正如我所描述的,您不需要外部参考。 您确实需要启用内部电流源,因为它用于生成IDAC电流值,但不需要外部参考。

    我不确定期望的精确度。 RTD本身存在一定数量的错误。 在许多情况下,RTD会出现0.1°C错误。 您应该能够根据此测量中看到的增益误差,偏移和噪声来计算近似误差。 我要说,我的方法应该比你以前所做的更好。 在您的设置中,您需要两个测量值来比较和校准参考电阻器和附加参考中的误差(绝对误差和任何漂移)。 此外,REF3030将增加测量的噪声。 我认为这很复杂

    在我所描述的解决方案中,它更简单,只需要一次测量,我只需要担心参考电阻器精度和ADC增益误差。


    吴若瑟
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    尊敬的Joseph:

    我们建立了设置,温度测量似乎工作正常。
    但是,当我们在EMC实验室通过干扰注入对其进行测试时,
    测量结果已损坏。 因此需要更多的筛选。
    到目前为止,我们在ADC的每个通道上都使用了PI-Filter NFL21SP206X1C7D。
    我们目前没有过滤参考电阻器上的信号。 这将是我们的第一步。

    您能否为该问题推荐合适的解决方案?

    此致
    Friedrich
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    Friedrich


    通常,EMI是一个系统级的问题,它取决于与主板和系统的物理布局相关的许多因素。 我不知道对特定输入筛选器有什么建议。 您可能可以通过一些积极的RC滤波来消除这种影响,但这需要一些实验。 增加电容将提供一个较低的阻抗路径,以将差分EMI信号或并联共模EMI信号以高频率导入接地

    通常,在进行主板布局时需要考虑EMI。 首先减少信号路径中的长导联线。 这包括测试系统中的连接(如果它们要连接到某个控制器)。 如果您正在测量RTD,则可能有一根长导线连接到系统的输入端,可能需要缩短导线长度。

    此外,减少电路中可能产生的任何大型电气回路。 这当然包括输入和参考信号路径,但也可能包括电源和数字线路。

    屏蔽无疑有助于EMI。 在布局中,在敏感信号路径上使用电源和接地平面一定会降低EMI的影响。 在主板的顶部,可能值得运行部分屏蔽的测试,以查看EMI最容易引起问题的位置。

    出于好奇,EMI如何导致问题? 但是测量结果是否损坏? 设备是否存在增益误差或偏移? 设备是否已重置? 卸下EMI后,系统是否恢复正常?


    吴若瑟
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    尊敬的Joseph:
    在布局中,我们已经实现了这些提示。
    当正常状态下测得的温度为20°C时,当影响运行时,该值在+80°C至-40°C的范围内随机跳动。
    当影响停止时,测量值再次正确。
    因此设备始终工作正常。
    我们无法确定在影响时增益误差还是偏移,
    因为当影响运行时,无法在电路中进行某些测量。

    我们所看到的问题是,我们在PCB和PT1000之间有2 m 电缆,因此我们有很好的天线来接收噪音。
    这些电缆由我们的客户提供,不带屏蔽。

    您是否有此类应用的EMI滤波经验?
    您是否知道我们可以在首次尝试时使用的经批准的过滤器,以及我们可以在何处开始调整?
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    Friedrich


    我没有任何特定的EMI滤波器设备建议。 我只是没有太多关于这个主题的信息要提供。

    但是,以前我曾在一篇文章中为ADS1248收集了一些有关EMI的演示。 您可以在此处找到包含嵌入在文本中的链接的帖子:

    e2e.ti.com/.../139.6994万

    最后我想补充的一点是,您还应该向引用输入添加筛选。 参考是一种输入,就像测量输入一样,任何EMI/RFI耦合都会对测量产生类似影响。


    吴若瑟