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[参考译文] ADS114S08B：4-20mA 拓扑问题

admin
Guru**** 1839620 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS131M08, ADS114S08B, ADS114S08, 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/1056638/ads114s08b-4-20ma-topology-questions

器件型号：ADS114S08B
主题中讨论的其他器件：ADS131M08、 ADS114S08、 ADS124S08

我们正在研究一个将使用4-20mA 输入的项目。 我本来打算使用 ADS114S08BIFB 来实现这一目的、但我想知道管理这些单端输入的最佳方法是什么。 我有一个问题是建议使用哪种通用拓扑、还有一些具体问题是我无法从数据表中确定的器件。  

关于拓扑、我考虑了这四个选项。 有人能评论哪一项最合适？

1.125    Ω 分流电阻、PGA 旁路、单端模式、单极电源= 3.3V。 AINN = GND。

2、    125 Ω 分流电阻器、PGA 增益= 1、伪差分模式、单极电源= 3.3V、AINN = 2.5 (直接来自电压基准)。

156.25    Ω 分流电阻器、PGA 增益= 1、伪差分模式、单极电源= 3.3V、AINN = 0.25V (VREFOUT 分压器)。

4.156.25    Ω 分流电阻器、PGA 增益=2、伪差分模式、单极电源= 3.3V (这是否需要为双极？)、AINN = 1.375 (VREFOUT 的分压器)。

 我创建了一个表来分析每种方法的有效分辨率。 实际上、我们将在范围(即3-21mA)中增加一些裕度、并使用"实际"电阻器值、但这些值是理想值。  

方法 AINN 并联 R PGA 增益 4mA 20mA 4-20mA
ADC 范围 		4-20.
分辨率(位) 		4-20.
填充系数
输入电压 ADC 电压 ADC 计数 输入电压 ADC 电压 ADC 计数
1 0 125. 1 0.5. 0.5. 6553. 2.5. 2.5. 32768 26215. 14.68 2.50
2. 2.5. 125. 1 0.5. -2. -26215 2.5. 0 0 26215. 14.68 2.50
3. 0.625 156.25. 1 0.625 0 0 3.125. 2.5. 32768 32768 15.00美元 2.00
4. 1.875 156.25. 2. 0.625 -2.5 -32768 3.125. 2.5. 32768 65536 16.00 1.00

 以下是我对 ADC 的具体问题

·        当 PGA 处于旁路模式时、这是否指示 ADC 在单端模式下运行？ 当输入=+VREF 或仅为32、767时、输出现在是否生成65535个计数？ 或者这只是一个一侧= GND 的差分输入吗？

·        我看不到如何让 ADC 使用伪差动模式而不是差动模式。 在伪差分模式下、输出是否仍从-VREF 缩放至 VREF？ 我是否会失去一半的范围？

·        如果我在单端或伪差分模式下使用此差分 ADC、则 ADC 的共模输入会随着输入的变化而变化。 这会如何影响 ADC 的性能？ 它是否会产生非线性？

·        我假设为了计算 ADC 的精度、我需要将各种误差源乘以下填充系数。 换言之、如果我的下溢系数为3X、基准误差为0.2%、则会导致大约0.6%。 对吧？

·        如果我在旁路 PGA 的单端模式下运行此操作、则分流电阻器和 ADC 之间没有缓冲器。 我将必须在这里使用抗混叠滤波器、该滤波器将增加源阻抗。 我认为这并不理想。 其他客户如何将其用于电流环路？

·        数据表第70页上有一条注释，说明伪差分输入的范围是 VAINN 至 VAINN + VIN。 这是否意味着不允许负电压？ 我认为图100所示的安排是不正确的。 相反，我能否将2.5V 电压连接到 AINP 而不是 AINN，并获得基本相同的结果，或者最好始终将 AINP 输入作为“输入”。

 

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    TI__Guru**** 1839620 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，bbcuf，

    欢迎来到 E2E 论坛！ 我对您的描述和表中使用的值感到有点困惑、因为它们看起来不匹配。  如果我理解正确、您将询问您是否应启用或禁用 PGA 以及如何获得最大转换器分辨率。  客户已成功使用伪差分和单端方法。

    首先、我们来讨论一下 PGA。  如果您需要使用大于1的增益、则需要启用 PGA。  如果您测量相对于 AGND 的输入并且 AVDD 电源为单极(AVSS = AGND)、则需要禁用/旁路 PGA 或使用伪差分方法。  至于阻抗问题、是的、启用 PGA 后可提供更高的输入阻抗、但禁用时的阻抗也相当高、实际上仅消耗与输入偏置电流相关的少量电流。  禁用 PGA 后、绝对输入电流通常为0.5nA、启用 PGA 后为0.1nA。  除非您使用非常大的输入电阻器、否则很难检测到差异。

    为了获得最大可能的分辨率、使用伪差分方法可实现尽可能多的输出代码。  单端方法仅使用正数代码范围、并将分辨率限制为最大值15位。  原因是 ADC 始终测量相对于 AINN 的 AINP。  如果 AINP 上的电压输入大于 AINN、则输出代码为正。  如果 AINP 的电压低于 AINN、则输出代码为负。  因此、当使用内部基准并连接到 AINN 时、AINP 上的5V 输入为正满量程、当增益为1时、0V 输入为负满量程。  测量范围为+/- 2.5V。  在 AINP 可能为5V 的情况下、AVDD 电源也需要为5V。

    因此、您需要确保使用的任何分流电阻值都使 ADC 的输入处于模拟电源范围和所应用增益的输入范围内。  因此、情况1的工作方式似乎与描述的一样、这是因为分流器连接到 AGND、并且分流器上的电压为0.5V 至2.5V。

    情况2与1类似、不同之处在于 AINN 输入升高、因此分辨率没有明显优势、但在此用例中可以启用 PGA。  使用伪差分方法的缺点是 AINN 输入端的稳定性和噪声。  输入的任何噪声或漂移都将是转换结果的一部分。

    案例3扩展了分辨率、因为输入范围现在为2.5V。  但是、测量结果与情况2类似、因为 AINN 输入上的任何噪声和漂移都将是转换结果的一部分。  如果您使用电阻分压器为 AINN 创建0.625V 输入、您还将添加电阻器网络的噪声和漂移。

    情况4允许最大分辨率。  这种方法的唯一缺点是用于 AINN 的1.875V 电压的稳定性。  这同样类似于案例2和3、其中用于创建 AINN 输入电压的电阻器的任何漂移都将直接影响转换结果。

    如您所述、使用的值是理想值。  在确定最终的预期结果时、您需要考虑使用的电阻器的容差、以确保不超过 ADC 的输入范围以及电压的基准范围。

    很难确定哪种方法最适合您的系统。  有时、最简单的方法是最好的、即使它可能导致系统中的整体分辨率降低。

    至于你的填充不足问题、我不太确定你在这里指的是什么。  如果您关注总体分辨率、除了数据表中已经指定的 INL、增益和基准误差之外、没有与 ADC 本身直接相关的误差。  另一个考虑因素是数据表中所示的噪声导致的误差。  系统的总误差需要对所有潜在误差进行 RSS 分析、包括电阻器与预期值之间的不匹配和漂移。  这将包括分流器以及可用于 AINN 输入的任何分压器。  在执行 RSS 分析时、所有术语必须采用相同的单位。

    此致、

    Bob B

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    TI__Guru**** 1839620 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。

    感谢您的详细回答。 您对每种情形的分析非常好。  正确的是、我希望避免案例2、3、4的原因是对第二个输入上的错误的敏感性。  尤其是在涉及电阻分压器的情况3和4中。  似乎案例1中 PGA 已旁路且单端输入信号是最佳方法、但我必须仔细查看 滤波电阻器的影响。 让我跟进几个更详细的问题：

    我只想确认、如果我给它一个 PGA 旁路的单端输入、输出范围为0-0x7FFF、而不是0-0xFFFF。 听起来就像这样、但我对第58页的注释感到乐观、该注释显示将 PGA 使能设置为00 "使用单极电源实现单端测量"。  

    当我提供这个单端或伪差分输入时、 ADC 的共模输入电压随单端输入电压而变化。 问题是这如何影响 ADC 性能？ 我猜的是、ADC 性能在差分模式下具有固定的共模输入电压。 或者可能还有一个更常见的问题、即性能规格(失调电压误差、增益误差等、INL)对于单端模式是否有效、或者它们是否会降低？   

    后退一步、可能有更好的器件可用。 我一直在查看 ADS131M08、但将其写下来、因为它仅为差分 信号、但我看不到将单端信号驱动到 ADS114S08B 和将单端信号驱动到 ADS131M08之间的区别。 该部件是否更合适？

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    TI__Guru**** 1839620 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，bbcuf，

    对于问题1、单端测量将 AINN 输入修正为0或 AGND。  使用单极电源时、AINP 不能低于 AGND、因此只有一半的输入范围可用。  最大或正满量程为0x7FFF。

    对于问题2、您是正确的、因为共模确实会相对于输入电压发生变化。  通常、输入范围被描述为最小值和最大值、所有电压介于两者之间均有效。  该 ADC 的特征是具有指定输入范围内涵盖的所有共模电压范围。  共模限制仅适用于启用 PGA 的情况。  禁用和旁路 PGA 时没有共模限制。

    还有 ADS124S08器件、它是 ADS114S08的24位版本。  这些器件是引脚对引脚兼容的、因此如果您需要额外的分辨率、可以轻松地移动到24位版本。  

    对于 ADS131M08、该器件主要用于测量计量应用中的电流、例如功率计(交流信号而非直流信号)。  它具有低得多的输入阻抗、很可能需要一个缓冲器。  基准电压限制为1.2V、使用起来要复杂一些。

    此致、

    Bob B