[参考译文] ADS1256：ADC 校准建议

您好、Niclas、

此处需要澄清的一点是：ADS1256没有内部基准。 您提到了"产品内部不太精确的2.5V 基准"、我不确定"产品"是否意味着 ADS1256或您正在设计的电路板、因此我只想清楚这一事实。

这里有很多信息、但我对您的最终目标是什么有点困惑。 能否快速总结一下您希望使用 ADS1256实现的目标？ 您是尝试专门校准 ADS1256还是校准整个信号链？ ADS1256将在最终系统中测量什么、或者 ADS1256仅用于校准？

一般而言、您添加到系统中的组件越多、您需要校准的误差就越大。 一旦您开始添加电阻分压器、缓冲器、附加基准、这可能会掩盖 ADC 导致的误差。 您的系统是否有错误预算？ 您的电路板上还有哪些其他组件(您正在考虑进行校准的组件除外)？ 由于您尝试执行的操作对我来说并不清楚、因此我不确定确实需要进行多少校准、或者是否值得麻烦地将所有这些功能添加到您的电路板中。

您还询问了一个有关校准频率的问题、我对此没有很好的回答。 同样、这取决于您的误差预算随时间和温度的变化、以及系统中的其他组件。

有关 ADS1256校准方案的一些要点：

• SELFGCAL 使用外部基准电压作为输入源、该电压根据所选的 PGA 增益进行内部调节。
• SYSGCAL 要求您向系统的输入端施加满量程电压。 这些电压会根据您选择的 VREF 电压、PGA 增益和缓冲器设置而变化。 如果缓冲器关闭、VREF = 2.5V、PGA = 1、则需要施加5V 输入。 如果缓冲器关闭、VREF = 2.5V、PGA = 32、则需要施加156mV 信号。
• 为 SYSGCAL 施加的电压需要为≤μ V 满量程和>0.8*满量程。
• 如果要执行 SYSCAL、则不必执行 SELFCAL、因为后者会取代前者
• SYSOCAL 要求您手动将输入短接在一起。

您可以将 REF6025等缓冲基准与 ADS1256配合使用。 我们还推出了称为 REF70系列的全新高性能基准系列： https://www.ti.com/product/REF70。 一旦我更好地了解最终目标是什么、我就可以帮助您确定任何所需的缓冲器。

最后、ADS1256的内部缓冲器需要一些额外的余量、因此将最小输入信号限制为 AGND。 我不建议在启用缓冲器的情况下测量单端输入、因为输入端没有容差。 任何微小的变化都可能导致该输入降至 AGND 以下、然后您将开始在缓冲器的非线性区域中运行、从而导致数据错误。

布莱恩

您好、Bryan、

感谢您的快速回答和澄清。

我知道 ADS1256没有内部电压基准。

所涉及的产品是手持仪器。 它目前配备了直接为 ADS1256供电的 MAX6126 2.5V 基准。

(REF7025是一个好消息。 它将在单节锂离子电池电源电压下提供 MAX6325稳定性。 这是同类最佳的 AFAIK、所以一旦 MAX6126可用、我就会用 REF7025替代它。)

该产品还具有用于两个 ADS1256输入的模拟多路复用器。 (其他六个 ADS1256输入为直接输入。) 多个但并非所有的信号路径都通过(不同的)连接器连接到电缆连接的外部传感器。 换言之、我希望串联电阻和偏移方面存在差异。 因此、SYSGCAL 对于整个信号链的校准似乎是明智的。

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独立(位于实验室)校准板计划包含 MAX6325 (2.5V)和 MAX6341 (4.096V)基准。 它们比 MAX6126略好、可以进行修整。

校准板包含许多缓冲电阻分压器。 我将按照您的建议，将这些电压设置在0.8*满量程和1.0*满量程之间。 (校准期间不会过量程，因此大约0.95*满量程。)

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校准板信号路径计划由 MAX14661多路复用器组成、这些多路复用器通过2条内部"线路"到16个输出引脚具有16个电压电平。 校准后、产品(=手持仪表)将连接到这16个输出引脚。 对于某些校准步骤、计划将输入短接在一起。 将自动操作多路复用器和一些继电器、以便将 GND 路由到相应的产品连接器。

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我正在对现有产品进行新版本的开发、最初是因为基于8051的 MCU 已经过时、但实际上有许多事情应该以不同的方式完成。 例如、从仅执行单端测量过渡到大多数差分测量。 其中一些 S-E 测量接近 GND... 这需要大量工作、因为它还意味着重新设计原始子系统。 到目前为止没有错误预算。 这是一个巨大的改进潜力。

只需说明一下：只要您保持高于 AGND 几十或几百 mV、就可以使用缓冲器进行 S-E 测量？ 它是不可靠的接近零的 S-E 测量值、尤其是对于缓冲器？

谢谢

Niclas

您好、Niclas、

感谢您提供的其他信息、这有助于澄清您要做的事情。

关于单端测量：我会将任何不以接地为基准、而是以其他一些固定电位为基准的输入视为伪差分。 因此、单端测量仅是接地基准输入、因此这可能只是对命名规则的混淆。

但是、如果您的 AINP 或 AINN 电压高于 AGND 100mV、那么如果启用缓冲器、则允许这样做。

由于我们在前三篇文章中交换了大量信息、请告诉我是否有任何我遗漏的信息以及您仍需要支持的任何信息。 谢谢！

布莱恩

您好、Bryan、

谢谢。 我认为这些问题仍然没有解决：

您能否为电阻分压器推荐合适的 OPAMP 单位增益缓冲器？ 如果我理解正确、那么此类运算放大器必须设计为与高输入阻抗一起工作、这样才能排除一些零漂移、低噪声运算放大器？

我目前正在查看 OPA189/OPA2189、但是否有其他更适合这种情况的器件？

是否应该始终为单位增益缓冲器添加反馈电阻器？ 根据经验、100至330欧姆是否合适、或者它是否与电阻分压器的输入阻抗相匹配？

每个单位增益缓冲器的输出端是否应该有一个 RC 网络？

对于产品的2.5V 基准、有时最好使用 OPAMP 缓冲器。 OPA350通常用作示例、例如在 ADS1256 EVM 中、但目前是否有更新的、性能更高的运算放大器？

Niclas

您好、Niclas、

感谢您的反馈。 我们始终赞赏听到我们的支持受到重视，同时始终努力尽可能改进。

您的一些问题确实有答案(更像指导、因为在系统基础上、真正的"答案"可能会有所不同)。 例如、本常见问题解答总结了我们在布局和接地方面的建议： https://e2e.ti.com/support/data-converters/f/data-converters-forum/755516/faq-pcb-layout-guidelines-and-grounding-recommendations-for-high-resolution-adcs

或者、对于您关于封闭系统的问题、通常不建议这样做、因为这可能会增加外壳内的温度、为自发热提供正反馈环路、从而导致温度漂移误差更高、ESD 二极管中的泄漏电流更高以及许多其他有害影响。 但是、如果您需要密封外壳、因为您的系统暴露在非常脏的环境中、那么您必须处理这些影响。 在后一种情况下、您可能会引导对话尽量减少功耗、使用更高精度的组件和/或随时间推移进行校准。

您的一些问题更具开放性。 例如、您询问了问题"基本精密电阻基准分压器 OPAMP 缓冲器是否是稳定校准电压的足够来源？" 我对您的问题是"如何定义"足够"？ 您是否需要1000ppm 的稳定性？ 100 ppm？ 1ppm？ 如果不知道目标是什么、就无法回答这个问题、我相信您提到您目前还没有错误预算。 这不是错也不是坏的、只是限制了我们可以提供的帮助。 我们可以建议仅使用最佳的可用组件、例如0.001%电阻器等、但这对于大多数系统而言可能不可行、对您不会有什么帮助。

因此、我们对该论坛的关注往往是故障排除、其次要目标是提供有限的系统设计支持。 当然、我们会尽可能地提供帮助、但您可以想象、在不了解所有系统限制的情况下-时间表、功率预算、错误预算、大小限制、成本、 等等 -在系统级别提供具体、有意义的建议可能很困难(许多工程师不愿分享所有这些信息、这是可以理解的)。 关于转化为内容的问题、我们通常会将常见问题转换为本论坛上的常见问题解答、而更深入的问题则会转化为应用手册或其他配套资料。 例如、大约两个月前、我们发布了一份与 RTD 断线检测相关的应用手册、该应用手册是由工程师提出的、涉及此主题(如果您有兴趣了解详情、请随时查看： https://www.ti.com/lit/an/sbaa483/sbaa483.pdf)。 我还想向大家介绍我们的高精度实验室内容、该内容不断扩展、包含有关 ADC、DAC、放大器和许多其他组件的基础知识和设计知识的庞大课程： https://training.ti.com/ti-precision-labs-adcs。 其中的大部分内容都以与其他工程师的讨论主题开始、无论是在本论坛上还是通过直接联系。

我希望这有助于澄清我们在本论坛上的支持下的意图及其一些限制。 如果您对此主题有任何其他疑问、请告诉我。 如果没有、我将关闭此主题、如果您将来有任何新问题、您可以始终启动新主题。

布莱恩