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[参考译文] ADS131E04：使用具有0-1.8V 单端输入的 ADC 的最佳方法

admin
Guru**** 2538950 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS131E04, ADS131E08

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/978171/ads131e04-best-way-to-use-the-adc-with-0-1-8-v-single-ended-inputs

器件型号：ADS131E04
主题中讨论的其他器件： ADS131E08

您好！

我必须使用 ADS131E04来从3轴加速计获取数据。 该传感器在单端模式下输出0-1.8V 范围(标称值为0.1V 至1.7V)的数据。

为了获得最佳动态范围、使用 ADC 的最佳方法是什么？ 我可以在 AVDD、AVSS、VCM (负输入端的共模电压)、VREF 和 PGA 增益上工作、而我希望将 DVDD 保持在3.3V

更改 ADC 不是一个选项、因为所有驱动程序都已启动并正在运行、并且时间是一个问题。

传感器输出具有32kohm 串联电阻器、我将添加10nF (并联)电容器、以过滤大约500Hz 的输出。

从最初的问题来看、我认为这种可能的解决方案：

  • AVDD = 2.5V
  • AVSS =-2.5V
  • Vcm = 0V (或 DGND)、被连接至所有 INxN 输入
  • PGA 增益设置为2

1) 1)此解决方案是否正常？ 如果不是、您能建议正确(或更好)的解决方案吗？

2) 2)如果此解决方案正常、我是否应将 AVDD1连接到 AVDD、将 AVSS1连接到 AVSS 并将所有 VCAPx 电容器连接到 AVSS (-2.5V)？ 我可以将3.3V 用于 DVDD、将0V 用于 DGND 吗？

3)当 Vcm = 0时、输入信号范围为-VREF/增益至+VREF/增益。 如何设置 VREF 以获得最佳动态范围？ 我应该将什么完全连接到 VREFP 和 VREFN？ 在"建议运行条件"表(§7.3)中、标称 VREFN 设置为 AVSS、这是否意味着我应该将 VREFN 连接到 AVSS (-2.5V)、将 VREFP 连接到 AVDD (+2.5V)？ 或者、我可以使用较低的基准电压(例如：VREFN 至 AVSS、VREFP 至1.1V 或1.5V)吗？ 由于我的输入处于0-1.8V 范围内、我将失去超过1位的动态范围、但这不应成为问题。 我更愿意使用外部基准来获得更好的性能、但当然、使用 AVDD 和 AVSS 将是一种更简单的解决方案。

4) 4)使用外部基准时、是否使用缓冲器电路(数据表中的图29、§9.3.8)始终是一个好做法？

提前感谢您的帮助。

Stefano

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    TI__Guru**** 2538950 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、Stefano、

    感谢您的发帖。

    根据数据表第23页上的输入共模电压公式、您只能使用输入信号范围为0V 至1.8V (INxN = 0V)的增益1。 增益= 2时、正 PGA 输出将超过+2.5V AVDD 电源(请参阅随附的 Excel 表格)。

    您可以向负通道输入施加直流电压。 如果 INxN =~ 1.1V、这将允许您使用2的增益。 由于 PGA 的最大差分输出仅为1.4V 左右、因此您可以使用2.5V 的较小内部基准电压设置来利用更多 ADC 的满量程范围。

    您是否可以选择向信号链中添加其他组件？ 全差分放大器可用于将单端信号转换为差分信号、同时将输出共模设置为中间电源。 这还允许您使用 ADS131E08上的最大增益。

    e2e.ti.com/.../ADS131E08_5F00_Input-Range_5F00_E2E.xlsx

    关于您的其他问题：

    • 是的、所有模拟电源和旁路电容器都应以 AVSS 为基准。 DVDD = 3.3V 和 DGND = 0V 也正常。
    • 最小基准电压为2V (请参阅建议运行条件)。  
    • 如果您选择更精确的外部基准电压、建议如图所示缓冲基准输出。 当使用一个外部基准时、内部基准缓冲器被旁路。 该缓冲器为基准电压源提供高输入阻抗、并驱动为每个 ADC 通道上的内部基准采样电路充电所需的电流。

    此致、

  • 0
    TI__Guru**** 2538950 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、Ryan、

    感谢您的回复。

    我的板上空间很小、生成-2.5V 线路将占用相当多的空间。 因此、我不希望添加放大器。 如果我能找到合适的空间、我更愿意使用外部基准：传感器的噪声将覆盖 ADC 的几位、因此我认为增加精度将是更好的选择。

    INxN 上的直流电压、它是否可以是1.2V 基准电压？

    那么、我的解决方案1是(所有电压都以 DGND 或0V 为基准)：

    • AVDD = 2.5V
    • AVSS =-2.5V
    • VREFP = 1.2V (基准输出)
    • VREFN =-2.5V
    • INxN 输入= 1.2V (基准输出)
    • PGA 增益设置为2

    基准电压接地引脚当然会连接到 DGND。

    解决方案2是：

    • AVDD = 2.5V
    • AVSS =-2.5V
    • VREFP = 1.2V (基准输出)
    • VREFN =-2.5V
    • INxN 输入= 0V (DGND)
    • PGA 增益设置为1

    最后、解决方案3 (如果我没有外部基准的空间)是：

    • AVDD = 2.5V
    • AVSS =-2.5V
    • INxN 输入= 0V (DGND)
    • 内部基准电压设置为4V
    • PGA 增益设置为1

    问题：

    1. 这三种解决方案是否都很好？
    2. 就整体精度而言、解决方案1是否比解决方案2更好？
    3. 如果我使用解决方案1、我认为基准输出电流可以忽略不计(最大值为几 mA)、是不是？

    再次感谢、此致、

    Stefano

  • 0
    TI__Guru**** 2538950 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、Stefano、

    是的、这些解决方案看起来不错。 当 VREFP 被驱动至1.2V 时、ADC 的基准电压将为3.7V、这接近于5V 电源的标称4V 基准电压。  

    关于外部基准"GND"引脚的一个注意事项-建议在 ADC 系统中尽可能使数字接地与模拟电路保持一定程度的分离。 我认为大多数情况下最好使用实心接地层、但您仍可以将元件战略性地放置在模拟和数字部分中、以减少噪声耦合。

    使用1.2V 基准电压(GND 引脚连接到 DGND)的另一种方法是使用 AVSS 作为基准 IC "GND" 、而改用3.3V 基准 IC。 输出将被调节至高于 GND 引脚的3.3V、此电压被强制为-2.5V、所以相对于 PCB 接地、VREFP 将为+0.8V。 由于 VREFP 与 VREFN = AVSS 进行比较以形成 ADC 基准电压、因此这种方法会更干净一些、并且 AVSS 上的任何噪声都应消除。

    我将使用更新的计算重新附加 Excel 工作表。 3.3V 基准电压非常适合0.1V 至1.7V 的标称输入范围(VREFP = INxN = 0.8V)。 我建议在  基准缓冲器输入之前将基准输出连接到 INxN 引脚、而不要将放大器输出连接到 INxN 和 VREFP 以减少噪声耦合。

    e2e.ti.com/.../2703.ADS131E08_5F00_Input-Range_5F00_E2E.xlsx

    如果您找不到适合此应用的基准电压值、那么您施加到 INxN 的共模电压也可能来自电源之间的简单电阻分压器。

    PGA 的较大增益设置将通过降低 ADS131E08的输入参考噪声来提高信号链的噪声性能。 因此、如果可能、我建议使用大于1的增益。  

    此致、

     

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    TI__Guru**** 2538950 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、Ryan、

    将基准接地引脚连接到 AVSS 看起来很不错。 我必须对照 VIN + 2.5V 来检查基准输入电压、但这不是问题。

    3.3V 基准电压适用于 0.1V 至1.7V 的标称输入范围、但正如您在 Excel 工作表中看到的、1.8V 电压时、它将超出共模最大限制。 我无法确定我的输入电压将始终处于其标称范围内、因此应考虑一些容差。 同样、当 INxP 降至0V 时、4V 基准会违反最大共模。我需要3.7-3.8V 基准电压、以免超出任何限制、但我找不到一个限制... 如何解决此问题？

    再次感谢、此致、

    Stefano

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    TI__Guru**** 2538950 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。

    Ryan、

    我在我的加速计上进行了一些计算、我可以确认、在最坏的情况下(最高灵敏度、最高偏移、最高可能的-实际-温度漂移)、其输出可以低至0V、最高可达1.8V、 也就是说、距离标称上限和下限输出100mV。

    因此、我想我将选择2.5V 基准、VREFN 连接至-2.5V (AVSS)、并将 PGA 增益保持为1。

    我最终会尝试使用3.3V 基准(与2.5V 基准引脚对引脚兼容的基准)、以便将 PGA 增益提高到2并查看我是否可以提高输出精度。

    你怎么看？

    此致、

    Stefano

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    TI__Guru**** 2538950 points
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    您好、Stefano、

    当增益= 1时、2.5V 基准应提供足够的裕度来满足输入共模范围。  

    您可以尝试使用3.3V 基准、看看它在您的应用中的性能如何。 输入共模范围是为了提供最大的线性输出摆幅、但如果输入信号超过该范围、电路当然仍将正常工作。 听起来应用程序中发生这种情况的可能性非常小。 最后、您需要决定需要设计多少裕度。

    或者、您可以通过降低输出数据速率来恢复某些有效分辨率、这会限制噪声带宽、还可以通过对背靠背采样(对于直流信号)进行平均来恢复。

    此致、

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    TI__Guru**** 2538950 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、Ryan、

    我将尝试这两种解决方案、看看会发生什么情况。

    感谢你的帮助。

    Stefano