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[参考译文] ADC121C021:对 VIN 上的电容值非常敏感

Guru**** 648580 points
Other Parts Discussed in Thread: ADC121C021, ADS7142, TLV8541
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/1113068/adc121c021-oddly-sensitive-to-value-of-capacitor-on-vin

器件型号:ADC121C021
主题中讨论的其他器件: TLV8541

我们将使用 ADC 来测量 LFP 电池的电压。 我们将电池电压除以2并使用运算放大器进行缓冲、然后使用可选的 RC 低通。 ADC 由3.0V 并联基准供电;原理图附在本帖的底部。 因此、ADC 的输入信号为0至1.825V

使用原理图中所示的默认电路、在我们的大部分范围内测量的精度都很好、但两端的精度不同:对于低于0.2V 的 VIN、ADC 读数为高10%、高于1.5V、读数为低几个百分点。  我们尝试了一些实验。  将串联电阻器(R129)更改为零欧姆不起作用。  将 R129 Ω 为100k Ω 并尝试不同的电容值、我们发现 C158上的100pF 可以解决该问题。 较大的电容器会导致测量值在一个位附近反弹--也许运算放大器对电容负载不满意?  15pF 等较小的电容也不会产生很好的结果。

我们怀疑我们看到的是采样电容器与外部世界之间的相互作用。  这并不令人震惊、但令人惊讶的是它的敏感性。

-什么会导致我们看到低于0.2和高于1.5 V 的非线性?

-为什么运算放大器与 VIN 的直接连接不会提高性能?

-此部件是否异常敏感?

任何寄存器设置是否会影响这一点?  关闭与打开自动转换似乎有一定的效果、但为什么会这样呢?

谢谢、

Scott

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    您好!

    根据您共享的信息、似乎存在解决问题。 运算放大器后面的 RC 电路实际上不是可选的、因此有必要确保运算放大器能够驱动 ADC 输入。 将运算放大器输出直接连接到 ADC 将无法正常工作、因为运算放大器随后将驱动动态容性负载、这会使运算放大器不稳定。 电阻器将电容器与运算放大器输出分开。 需要使用并调整电容器的大小、以便在 ADC 内部驱动采样保持电容器。 根据经验、外部电容器是 C_SH 的20倍、对于该器件为30pF。 在修改尺寸时、应考虑 ADC 的采样率和运算放大器的 GBW。 这与您在更改电容器值时看到的情况一致、包括自动转换产生影响的原因、这会影响器件采样率。  

    您使用器件的采样率是多少?

    此致

    Cynthia  

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    您好、Cynthia、

    感谢您的回答。  以下是一些想法:

    1.我将要进行实验、看看需要多少串联 R 来阻止运算放大器输出看到电容器。  在某些时候、如果 R 足够高、则会产生这样一个问题:相对于使用大电容的电池分压器来稳定它、运算放大器是否值得使用。

    2.我们当前使用的转换时间是 Tconvert *32,但由于我们不需要速度,也不经常读取此读数,因此我们几乎可以使用任何设置。  实际上、为了节省能源、我们不能更好地关闭自动转换模式并让 I2C 读取触发读取? 或者、这是否会带来自己的一系列挑战、例如、必须获取多个读数、比如、因为第一个读数不准确或有什么问题?

    在有足够的 R 和 C 时、运算放大器的 GBW 如何计算、假设运算放大器不是非常慢?  这与我上面的第一点有关。

    4.如果您正在进行设计,您会如何处理它?  考虑到我们只是在不频繁的间隔内读取直流电平、我们是否使这变得过于复杂?

    谢谢、
    Scott

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    Scott、  

    电池监控是 ADS7142的常见应用、ADS7142不是 ADC121C021的直接替代产品、但具有相同的功能和更多特性。 其中一个特性是窗口比较器和警报引脚、这可能对您的应用有利。

    您的方法可以测量电池。 分压器将跟随电池电压、但将其分压、使其处于 ADC 电压范围内。 然后、运算放大器将信号驱动到 ADC 输入端、这在以更快的速率进行采样时很有用。 由于 SAR ADC 具有开关电容电路、因此 GBW 有助于确定运算放大器是否能够支持 ADC 的采样率。 ADC 输入需要在采集时间内趋稳、该时间通常非常短、因此需要一个运算放大器。

    采样率为27ksps 时、这意味着转换周期为37us、转换阶段(保持时间)为1us、这意味着采集时间为36us (跟踪时间)。  

    使用 模拟工程师计算器、可以使用 ADC 数据表中的信息来求解 RC 值。  

    从下图中、当 ADC 数据输入到上半部分时、下半部分显示、使用620pF 电容器时、R 应介于2.5k Ω 至20k Ω 之间。  它还显示了驱动运算放大器所需的 GBW、在本例中为102Khz、TLV8541满足该要求。

    我相信、如果您使用计算器中的 RC 值、您应该会看到预期的性能。  

    有关 ADC 的更多信息、我们提供了一整套视频讲座、称为 "高精度实验室"

    此致

    Cynthia

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    您好、Cynthia、

    感谢您的更新以及有关该工具和视频的信息。  

    我们认为、我们将关闭自动转换模式、并从 ADC 的角度(即以秒为单位)频繁获取读数。  因此、模拟工程师计算器为 Rfilt 提供了超大的值。 我是否还正确地认为、长时间的时间刻度打开了不使用运算放大器的选项?

    不过、我们对非自动模式下发生的情况不太清楚数据表。 该文本显示"在正常(非自动)转换模式下、在读取前一个转换结果后开始新的转换。" 那么、转换器是以最大速度运行、还是在 I2C 读取后仅执行一次转换、然后它就会等待该转换被读取?  我们希望电池运行时的最低功耗设置、但我们不确定这是什么。

    我想对于我们已经构建的电路板、我想安装一个电容值为620pF 的电容器、然后进行实验以找到保持运算放大器运行正常的最小 R 值。

    再次感谢、

    Scott

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    Scott、

    是的、该工具经常更新、这是一个已知限制、这是在没有基于应用的方案的情况下应用数学运算的结果。  

    如果时间刻度现在以秒为单位、则无需像计算器所示那样增加 RC 值、电路将能够支持任何低于计算得出的要使用的采样率。  

    是的、在两次采样之间有足够的时间时、可以消除运算放大器。 计算器的"ADC 无放大器驱动"部分中有一个部分可帮助解算电阻器和电容器值。 请注意、在这种情况下、电路将简化为等效的电阻分压器和并联电容器。  

    该器件在一段时间前发布、并同意可以改进数据表。 当转换开始时、器件处于跟踪(采集模式)状态、这意味着器件基本上处于空闲状态并且不消耗太多功率。 发送读取命令后、即转换实际发生的时间。 在此期间、大部分功耗都在发生

    此致

    Cynthia

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    您好、Cynthia、

    谢谢!  只需要一个后续操作:在正常模式下、当 ADC 空闲时、是否有一个读操作被缓冲并等待 I2C 读取?  这就是数据表的含义。  换句话说、当我们执行 I2C 读取时、我们是否会获得随后立即触发的转换结果、或者读取完成是否会触发转换、然后等待稍后读取?

    此致、

    Scott

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    您好 Scott、  

    我仔细阅读了数据表、因为我发现奇怪的是没有在某个地方解释过、我发现我们缺少了这些信息

    此处它指出、ADC 实际上在空闲时不处于采集(跟踪)模式、在较新的器件中通常是这种情况、但在这里不是。 它还确认了转换发生的转换结果被读取。 此处的采集时间固定为0.4us。 然后、可以使用该值来评估 RC 所需的值以及运算放大器的需求。  

    对于电流运算放大器、建议的 RC 值为10kOhm 和1uF。 这里发生的情况是、电路现在仅在电容器上进行中继、以便为 ADC 采样保持电路充电、而不是为运算放大器带宽充电。 因此、外部 RC 电路需要充足的时间来为电容器充电、在本例中为10ms (实际上较少、但四舍五入)。这意味着直到10ms 才能正确完成新的转换、在本例中、采样率限制为100Hz。  

    另一种选择是不使用运算放大器。 如前所述、外部电容器现在正在为 ADC 内部采样保持充电、因此适用相同的大小和时序限制。 不过、如果没有运算放大 器、并联等效分压器将需要提供10kohm 电阻。  

    我希望这能提供一个更明确的解决办法  

    Cynthia

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    您好、Cynthia、

    序列听起来像这样:ACK 落在 SDA 上、然后进行0.4us 转换、然后加载结果寄存器、在 SDA 上读出相同的数据?

    供参考、我尝试了10k 系列和1000pF 分流器、结果不稳定。  也许这个运算放大器真的很挑剔?  我没有尝试过运算放大器、只尝试了220nF 的电容器、结果是稳定的。

    谢谢、
    Scott

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    正确、这是顺序  

    有趣的是、电容器可能不够大、运算放大器可能无法弥补差异。   

    我可以看到这些值工作正常、使用分压器和220nF 电容时、电容器只需1.789ms 即可再充电。  

    此致

    Cynthia

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    但是、使用运算放大器、100欧姆和100pF 时、读数是稳定的(小样本大小、室温)、所以请看图!

    Scott

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    Scott、该工具旨在为您提供指导、我很高兴系统能够按预期工作

    此致、Cynthia