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[参考译文] ADS1220:用于 PG>4、双极与单极电源的 PGA 设置用法

Guru**** 2390755 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS1220, ADS1220EVM, ADCPRO

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/1057244/ads1220-pga-setting-usage-for-pga-4-bipolar-vs-unipolar-power-supply

器件型号:ADS1220
Thread 中讨论的其他部件:、 ADCPro

您好!

我有一个使用 PGA>4的设计。

电流设计

  • AVDD=+3.3V
  • AVSS=GND
  • VREF=1.024V (外部)
  • Ain0=信号+  
  • Ain1=GND (信号 GND) SO、单端

我的最新设计需要使用高于4的 PGA、因此我想知道应该设置/启用哪些硬件和 FW 选项来利用1-128 PGA 的完整范围?

我已经对 PCB 进行了多项修改、方法是对 ADS1220的引脚进行拆焊、将其提起并连接到 AVDD=+2.5V、AVSS=-2.5V、在内部连接到 AVDD/AVSS 的 RefN/RefP、但仍在努力获得正确的性能。

Thererofe、我想请您为该设计提供建议、以便能够使用完整的 PGA 1至128测量单端信号。

如果需要、可以将单端信号作为差分信号馈送到 ADS1220、则需要进行的任何硬件更改都将实现。

提前感谢您。

  • 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。

    Ilja、

    在较高增益下使用 PGA 时需要牢记的关键注意事项是共模电压。  通常、使用 ADS1220时、通过使用内部多路复用器开关连接 AVSS 进行单端测量、如图38所示。  但是、在这种工作模式下、很难满足 PGA 共模要求。  进行高增益测量的最佳方法是以差分方式进行。  借助新的双极电源配置、您可以将所有负多路复用器输入连接到 GND、将正多路复用器输入连接到输入信号。  这可以有效地将共模设置为中间电源、这是 PGA 共模范围的最佳点。  我建议阅读数据表中的 PGA 共模电压要求部分。  有一些有用的公式和图形可帮助您确认共模范围。

    请告诉我这是否有帮助、或者您是否有其他问题。  

    此致、Art

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    尊敬的 Art:

    感谢您的回复和建议。 我已经阅读过数据表的第8.3.2.1条、但我仍有疑问:

    在该部分中未提及:

    • 应使用什么 Vref 基准电压(在这两种情况下、均使用单极和双极 AVDD/AVSS 电源)
    • 是否可以使用单极 AVDD/AVSS
      • 最好使用5V/GND 作为 IC 的电源(AVDD/AVSS)
    • 如何测量单端信号?
      • 我们的信号是以其接地端为基准的高斯峰值、最大范围为0至10V、通过电阻分压器进行衰减。

    首先、我要对硬件部件进行排序、然后转到固件设置、

    因此,我期待你的答复。
    提前感谢您

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    Ilja、

    1.我建议您使用内部电压基准、除非您有充分理由使用外部反向。  考虑外部反向的一个原因是您需要比例式电压基准。  另一个原因是您需要比内部2.048V 基准更大的输入范围。

    2. 该器件最常见的用例是使用单极5V AVDD 电源且 AVSS = GND。  此配置允许进行单极正输入电压测量。   如果您需要负电压测量、则需要使用双极电源。  我提到双极电源 、因为这是您最初的问题。  如果您的信号仅为正、则应使用5V AVDD 和 AVSS 接地。

    3. 请告诉我您需要测量的所有不同信号范围。  完成此操作后、我可以建议使用硬件连接。

    4.要测量大于 AVDD 的信号、需要使用分压器。  一旦我知道了您的完整信号范围、我可以推荐使用分压器。

    我希望这有助于澄清这一问题。   

    此致 、Art  

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    尊敬的 Art:

    非常感谢您处理我的问题。

    1. 我强烈考虑使用5V AVDD 和5V Vref 实现最大输入范围和128的最高 PGA;
    2. 我们的信号是以 GND 为基准的单极0-10V 信号、我们不需要负电压测量;
      1. 在了解到必须使用双极电源才能使用高于4的 PGA 并保持线性的情况下、我已经尝试过这种双极 AVDD/AVSS (+2.5V/-2.5V)硬件设置。
    3. 我们的信号范围为0-10V、并通过衰减为1:2的电阻分压器进行衰减、因此我们最终将达到5Vmax、从而使用齐纳二极管保护输入;

    4. 此时、我使用来自外部电压基准(1.024V 直流)的测试信号、该信号被分压为5mV、并馈送到 ADS1220 Ain0输入端。

    在我们当前设置的单极 AVDD/AVSS 和5mV Ain0下的测试输入信号以及 Ain1下的 GND 情况下,我们可以看到 PGA >4时的非线性读数行为。

    我们的目标是能够在由单极电源(+5V0/GND)线性地为0-5Vmax 的单端信号(已经衰减的值)使用全 PGA 范围。 请您建议硬件设置和固件设置、以满足我们的要求。

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    Ilja、

    1.关于您的项目2b。  正确、在增益较高的情况下、当施加以 GND 为基准的小信号并使用大于4的 PGA 设置时、共模电压将超出范围。  我理解您现在遇到的问题。  您使用双极电源的想法应该有效。  您可能会遇到问题、因为起吊设备引脚(例如 AVSS)和连接薄原型导线不会产生最佳效果。  您实际上需要一个可靠的电源连接和去耦。

    下面我展示了两个原理图。  一个是双极电源连接、另一个是单极电源连接。  我展示了两个连接的共模计算。  您可以看到、单极电源配置需要至少1.25V 的共模电压。  如果您使用此配置来测量距离 GND 几毫伏的信号、则共模将为毫伏、远低于1.25V 最小值。  另一方面、双极情况的共模范围为-1.276V 至1.276V、因此它可以轻松测量距离 GND 几毫伏的信号 (即0V 恰好在共模范围的中间)。   

    3. 您实际上有 三个选项:a)继续使用单极电源并将增益限制为1-4 (PGA 旁路模式)、或 b)使用双极电源、c)找到其他方法以确保共模处于范围内。  使用选项 b 和 c 会增加设计的复杂性。  使用双极电源、您的输入范围被限制在0V 至1.276V。  在单极电源和 PGA 旁路模式下、您具有更宽的共模范围。

    4. 我知道您希望为小信号使用更高的增益、以获得更好的噪声/分辨率。  因此、使用双极方法可能是一个不错的选择。  不过、请查看第16页和第17页的噪声表。  PGA 旁路增益为4时、您可能会获得足够的噪声性能。  

    5、 关于您现在使用的双极配置。  您能否显示原理图?  性能有多差?  如前所述、通过提升器件引脚并与原型导线进行连接、可能难以实现良好的性能。  您能否发送原型图片?   

    6. 我假设您在 PGA 旁路模式下使用旧配置时获得良好的性能。  对吧?

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    尊敬的 Art:

    感谢您在回答我的问题时提供详细的解释和全面的方法。 同时、我收到了一个 ADS1220EVM、以便能够验证您对 ADS1220的单极电源的建议。 我将在验证过它并清楚地了解工作模式与 PGA>4的关系后回来。

    我非常感谢您的努力。

    此致、

    Ilja  

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    您好、Art、

    我已经整理了一些想法、希望先浏览您的名单:

    1.清除

    2.感谢您提供原理图、我已经进行了一些测试、并提出了一些想法/问题。

    我们的目标是在所有 PGA 设置下评估信号处理精度、这是该主题的关键点。

    4、我们的信号处于探测器发出的0-5V 范围内,尽管根据检测到的材料,信号峰值可以低至50-100mV。
    在开发过程中、所有参数都必须保持固定、并且在最终设计中仅使用1组参数、以便能够检测出精确度与5V 峰值信号相同的最低50-100mV 信号。 为了实现这一目标、我希望根据 ADS1220数据表第16-17页的表格使用更高的增益、 以便找到噪声 Vrms 和 ENOB 的完美组合。

    5.我暂时放弃了所有的双极性测试,并专注于获得单极性电源的良好控制。

    6.我们正在取得令人满意的成绩,并期待着取得最佳成绩的可能性。

    正如我说过的、与此同时、我已经对使用单极电源的 ADS1220EVM 进行了几次测试、以验证您对共模测量的建议。

    我观察到以下情况:

    1. 当我们将信号载带导线连接到 Ain0和共模 GND (信号参考)连接到 Ain1时、我希望 ADCPro 多路复用器的设置设置设置为 Ain0:Ain1、但我只能在 Ain0:AVSS 模式下获得正常读数。 是否应该在我们的最终固件中像这样设置它? 我无法清楚地了解这种不匹配。
    2. 在 Ain0上使用2.005V 重新测试后、我无法从 ADS120EVM 获得任何合理的结果。
      我将附上2份测试文档、分别为2.016/2.000V (多路复用器 Ain0:AVSS)的测试-1a 和2.005/2.000V (多路复用器 Ain0:Ain1)的测试-1b。
      此外、如果我从 Ain0和 Ain1上分离两条信号线并使这些端口保持悬空、我会在所有 PGA 设置下获得与测试1a 中相同的读数、这使我对测试-1a 产生怀疑、而测试-1b 没有显示预期结果。
      您能否提供您的专业知识、了解我们在这里看到了什么以及应该使用什么设置来线性地在共模、单极电源中使用 PGA?
    3. 也不清楚 Vref 是如何计算的? 它是否需要我们的共模电压(在您建议的情况下为2.0V)并从2.048V 向上计数?
      您能否解释一下共模单极电源中的 Vreference?
    4. 我期待着评估通过上拉电阻器将检测器信号提升到2V 电平的可能性、这样我们就可以在单极电源共模下进行测量。 此时、探测器制造商正在评估该问题。

    以下是包含屏幕截图和测试设置硬件快速说明的2个字文档的链接:

    https://files.fm/u/jxfzxuxk3

    期待您的支持、

    Ilja

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    Ilja、

    我无法访问您的链接(我们的安全部门阻止)。  您能否直接在更新中通过图片。  我将在明天详细介绍您的帖子。   此外、我将修改我的 EVM 以尝试实现相同的功能。  我想为您提供一种简单的分步方法、以使用 EVM 实现您的目标。

    艺术

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    尊敬的 Art、我上传了上述两项测试中的所有照片

    馈入 AIN0和 AIN1的信号电压由板载5V0除以修整电位计生成、相应地设为2.016v 和2.000V。
    硬件设置图片(硬件设置指示、测试期间2V 导线连接到 Ain1。):

    测试1-A
    https://ibb.co/4R32SfY
    https://ibb.co/kGfRdzk
    https://ibb.co/xJQVNr0
    https://ibb.co/x36fLJD
    https://ibb.co/84WBHBG
    https://ibb.co/SNBdC0h
    https://ibb.co/MSHHmHt
    https://ibb.co/gr8S4WZ
    https://ibb.co/gP1cSyQ
    https://ibb.co/gP1cSyQ
    https://ibb.co/87J2JRL

    测试-1-b
    https://ibb.co/khSq9jz
    https://ibb.co/Tr2mYVv
    https://ibb.co/TYGChfd
    https://ibb.co/GVDfcWd
    https://ibb.co/4Y3HK1H
    https://ibb.co/yph0yYv

    期待您的评论

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    尊敬的 Art、请找到随附的两个测试的图片。

    馈入 AIN0和 AIN1的信号电压由板载5V0除以修整电位计生成、相应地设为2.016v 和2.000V。

    测试1a:

    测试1b:

    期待您的回复。

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    Ilja、

    1.  我仍然无法读取您的任何照片。  我相信您已将它们链接到服务器。  在 E2E 选项下、您可以"插入"图片或文件。  这是我唯一可以接收照片的方式。  对于未来的帖子、如果您有许多图表、您可能应该将它们放入一个 Word 文档中并发布 PDF。  但是、现在我希望我的帖子可以帮助您、这样您就不需要发布更多信息。
    2. 我修改了 EVM 以符合您的要求和收集的数据。  结果看起来非常好(请参阅附件)。
    3. 我尝试提起 AVSS 引线、并在其上粘上一根导线以提供-2.5V 电源。  这不是很好。  连接不够稳定。 为了解决此问题、我使用了一个单独的 ADS1220分线板。  ADS1220将电路板导线分接至 ADS1220EVM 数字信号、GND 和 DVDD。  AVDD 和 AVSS 从分线板连接到+/-2.5V 电源。  输入信号也是精密直流电源。
    4. 我在 PDF 中包含了疑难解答提示。
    5. 很抱歉、我无法对您的帖子发表太多评论、因为我看不到图片。  请查看我的附件、看看这是否有助于您解决问题。  如果没有,则需要使用插入选项重新发布照片(或文档)。  请注意、电位器可能会提供良好的结果、但当调整到非常小的输出电平时、它们可能会漂移很大。  此外、电位计的输出取决于其源的精度和稳定性。   

    我希望这对您有所帮助!

    艺术

    e2e.ti.com/.../ads1220-bipolar-measured-results.pdf 

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    大家好、Art、非常感谢您提供详细的方法、我将研究您提出的解决方案。 同时、我已将文档文件转换为 PDF 并附加。

    我已经向我们的探测器制造商验证了它的基线可能会被2V 上拉。
    考虑到这一点、我们现在可以使用单极 PSU 的首选方法、因此我强调单极电源设计

    我看不到直接从我的计算机附加文件的任何选项、因此必须先将所有 PDF/照片/文档文件上载到第三方服务、然后必须提供链接才能将其附加到此帖子。

    我已将文件上载到:

    https://we.tl/t-xXlhnjdiCE

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    Ilja、

    下面是有关如何发布文档的说明。  很抱歉出现问题。  我无法访问您的链接。  我希望 这些说明能有所帮助。

    最棒的餐厅

    艺术

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    大家好、Art、感谢您的提示、上传文本看起来不像按钮、因此这会令人困惑。

    请 找到我的结果

    e2e.ti.com/.../ADS1220EVM-_2D00_-TEST_2D00_1a_2D00_MUX_2D00_Ain0_2D00_AVSS.pdf

    e2e.ti.com/.../ADS1220EVM-_2D00_-TEST_2D00_1b_2D00_MUX_2D00_Ain0_2D00_Ain1.pdf

    此致、
    Ilja

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    Ilja、

    我能够查看您的附件。  非常好的文档。  我可以看到、在使用128 PGA 增益的情况下、多路复用器配置为 AIN0:AVSS。  这意味着 ADC 的一个输入连接到 AIN0、另一个输入连接到 AVSS。  您需要将多路复用器连接到 AIN0和 AIN1。  这实际上是您为低增益进行配置的方式。  尝试一下、我认为您将能够使用更高的增益。  对于您的输入信号、您可能会得到大量的噪声和漂移、因为电位计和电源不会具有低噪声和低漂移。

    但愿这对您有所帮助。

    此致、

    艺术  

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    [引用 userid="403263" URL"~/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/1057244/ads1220-pga-setting-usage-for-pga-4-bipolar-vs-unipolar-power-supply/3938542 #3938542"] ADS1220EVM - test-1b-MUX-Ain0-Ain1.pdf[/quot]

    您好、Art、

    我已经尝试过两种 MUX 设置、请参阅 TEST-1b 文档、其中选择了该设置、但无论 PGA 是什么、读数都不会改变。

    Ilja

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    尊敬的 Art:

    此时、我尝试了不同的多路复用器模式、并且无法使用共模单极电源对信号进行任何放大。

    您是否可以基于 ADS1220EVM 在单极电源的基础上对共模进行硬件设置、并以公司成本将其发送给我们?

    提前感谢您、
    此致、
    Ilja

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    Ilja、

    我将通过电子邮件与您联系。

    此致、

    艺术