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[参考译文] DDC118:数据转换器论坛

Guru**** 1649650 points
Other Parts Discussed in Thread: DDC118, DDC264
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https://e2e.ti.com/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/899332/ddc118-data-converters-forum

器件型号:DDC118
主题中讨论的其他器件: DDC264

DDC118线性问题–如测试数据图(图1)所示。 问题是、DDC118线性在输入信号中间有突然变化。

测试是使用测试电路完成的、如图 2.向电阻器 RT 施加恒定电流源 IC (7.31uA)。 则缓冲运算放大器输出电压为 IC*RT。 10Mohm 电阻器将电压转换为电流输入、然后再转换为 DDC118输入之一。 对于不同的 RT 电阻值,记录 DDC118计数并将其转换为测量电阻,并将其与真实 RT 值进行比较,以计算出测量误差--图的垂直轴。 DDC118设置为:范围111、集成时间5ms。 在该设置下、线性变化发生在 ADC 计数约为400、000 (RT = 35k Ω 至40k Ω)时。

e2e.ti.com/.../AskTI_2D00_DDC118-Issue.pdf

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    您好 Steven、

    这很奇怪。 看起来非常大。 在这里、当我们测量线性时、我们确实有一个类似的设置、即大约10M Ω 的大电阻器。 但我们使用精密 DAC (实验室直流源)在该电阻器上施加电压。 更重要的是、我们不信任该电压、而是使用更精确的电压表进行测量。 您是否测量了图中放大器输出端的电压、以查看是否存在断点? 此外、我认为更改 RT 不是很精确(电阻器)、但您可能是因为我不知道的某种原因(例如 RT 是您的传感器或其他东西...)。 我的第一个怀疑是放大器。 您是否在器件的其他通道或其他器件中看到过这种情况?

    此致、
    Eduardo

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    您好、 Eduardo、

    感谢您的快速响应。  我今天重复了测试。 这次、我测量了运算放大器输出端的电压、并监控了实际的 ADC 计数。 我有相同的错误模式。 请参阅随附的。 水平轴是运算放大器输出端的测量电压–即通过10Mohm 电阻器到 ADC 的输入。 垂直轴是误差(=记录的 ADC 计数–计算值)。  如您所见、ADC 数据在输入电压低于250mV (ADC 输入电流为25nA)时具有相当高的线性度。 之后、它会快速上升、并在不同的斜率下再次保持线性。

    输入电压和运算放大器(单位增益)电路非常精确且线性。 我们使用了精密电阻器盒。 恒流 IC (7.31uA)非常稳定。 我们测试并发现数据在0.1mV 以内–这是 DMM 分辨率。

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    您好 Steven、

    抱歉、我的故障、只是检查了垂直轴、没有注意到这是误差(测量值-理想值)。 但仍然:

    1. 您的设置看起来正常。 在您绘制运算放大器输出端的 DDC 输出与电压之间的关系图后、我们基本上可以忘记在该输出之前得到的结果。  
    2. 你知道这一点、但只是为了做一些快速检查... 如果在10MOhms 上施加400mV、则注入40nA。 在5ms 内、即200pC 或700k 代码(提供或接受)。  
    3. 典型 INL 误差(对于范围5)的计算公式为 :±0.01%读数±0.5ppm FSR。 让我们假设它在范围7中大致相同。 因此、在200pC 下、应该期望大约0.01% x 200pC 或70个代码!
    4. 这应该是400mV 时的典型误差、以获得最佳拟合线。 不确定如何计算"理想"线、但它看起来不像是您从最佳拟合线中完全移除了增益误差、因为它会不断增加。  
    5. 尽管如此、我认为即使您这样做并在该图中得到一条更好的线、误差也会远大于70 (或您所看到的拐点为~45)。 您的垂直刻度以千为单位...

    因此、尝试思考这个问题... 一些问题:

    1. 也许我错过了... DDC 在哪里? 在您的板上还是在我们的 EVM 上?
    2. 您检查了多少 DDC118?
    3. 是否在所有通道中都发生了这种情况?
    4. 您能否用10MOhms 表示5MOhms (只需并联另一个10MOhms 即可轻松完成工作)、并查看 kink 相对于放大器的输出电压发生在何处?
    5. 您是否检查过电源(无削波、限流)? 您是否看到它们在该点改变了消耗?
    6. 您的参考资料如何? 您能否检查该引脚上的电压?

    谢谢!
    教育

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    您好、Edu、

    下面是您的问题的简单答案:

    1. DDC 位于我们的板上。
    2. 我们检查了两个板。 行为相同。
    3. 它发生在四个通道上–AIN3、4、7和8。 我昨天在 AIN1上检查过、似乎无法在此输入上重现。 我将在另一个板上进行双重检查。
    4. 切换到5Mohm。 看起来可以重现、但略有差异。 请参阅下面的测试数据图。
    5. 5VA 稳定。
    6. 4.096V VREF 既准确又稳定。

     

    谢谢、

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    教育、

    我测试了另一个板。 该问题在 AIN1上不可重现。 这是数据图。 上一个图是来自 AIN4的数据。 AIN1和 AIN4具有不同的时序。

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    BTW、AIN1使用更长的积分时间。  这就是您看到 Vin 电平小于先前图的原因。

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    您好 Steven、

    正如您所说、5MOhm 测试实际上非常接近。 我是说、您可以看到之前在250mV 和125mV 时的 kink。 非线性水平也相似。

    有趣的是、您可以在3、4、7和8中看到相同的模式。 它们都位于 IC 的同一侧、并且还使用相应 ADC 的第2个周期在每个周期中进行转换。

    另一侧(CH1)除了第一个 kink 之外、看起来更加线性。 您在第一个数据点饱和的位置? 很难说最佳拟合线(没有该 kink)是否会使您获得规格编号:

    1. 您在每个电压电平上需要多少个点来计算该图形点?
    2. 您能否在所有通道的相同条件下共享原始数据?
    3. 输入信号来自何处?
    4. 两侧的布局是否有差异? 您是否屏蔽了这些线路? 我还在寻找其他靠近这些迹线的迹线、包括应该是直流迹线的内容、例如电源和基准...
    5. 您是使用相同的信号同时激励所有通道、还是仅连接到您正在查找的通道、而使其他通道保持悬空?
    6. 您是否在屏蔽盒中设置了整个设置?
    7. 您使用的确切器件型号是什么?
    8. 您能否共享 CLK、CONV、DCLK 频率。 引脚5电平?
    9. 您何时开始在 DVALID 之后读取数据?

    谢谢!

    教育

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    以下是您的问题的简单答案:

    1. 我读取显示屏并将值记录在中间。 通常、我观察到显示的值漂移了大约200至500次计数。
    2. 有关一组数据、请参阅此消息末尾的。 如前所述、所有通道的数据看起来都是相同的。 无异常。
    3.  输入信号来自运算放大器的输出。 进行监控、并且非常精确和稳定。
    4. 我们检查了布局。 未找到问题。 根据数据表中的建议、输入采用 GND 屏蔽。 附近无电源轨或其他信号。 我将进行双重检查。
    5. 我尝试了这两种方法。 没有区别。
    6. 不在屏蔽盒中。 这可能解释了噪声约有几百个计数的原因。
    7. DDC118IRTC
    8. CLK=4MHz、DCLK 大约为400kHz。 引脚5短接至 GND (0V)。 稍后将发送 CONV 波形。
    9. 大约8.3us。  

    VIN (mV)               ADC cnts             Cal (cnts)             err (cnts)

    0            4856     4096     760

    73.1      115111 113169 1942

    146.2    225624 222243 3381

    219.3    336205 331316 4889

    255.85  391750 385853 5897

    292.4    450173 440390 9783

    365.5    562368 549463 12905

    438.6    673752 658537 15215

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    教育、

    请参阅下面的信号波形。  请注意 CONV 的第一个下降沿脉冲(500us)。  出于某种原因、微控制器发送了4个时钟脉冲。  这不是目的。  这是否与问题有关?

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    您好 Steven、

    我很难读取时间刻度。 这是5ms/div 吗?  

    您是否公平地说您正在动态集成时间发生变化? 当然、如果您这么做、我认为您不能期待相同的代码(显而易见)、因此我缺少了一些东西...

    如果您可以绘制 DVALID 也很好。

    为了计算给定输入的正确直流代码、您不能将 A 侧和 B 侧相结合。 它们在经过不同的积分器时具有不同的偏移和增益误差。 您可以添加 A+B 并将其作为单个样本、也可以独立校正 A 侧和 B 侧、然后将样本放在一起。

    我们要查找的误差非常小。 ~100个代码。 因此、您不能仅仅通过查看显示屏来实现这一点。 例如、需要存储1000个 A 侧样本并获取其平均值。 我们可以首先查看它是否仅在 A 侧内呈线性(如果您还不想进行偏移和增益校准)。

    此外、噪声也至关重要。 在您查看的时间段内、它的平均值可能不为零。 因此、当然建议为任何与 DDC 相关的东西使用屏蔽盒。 虽然问题看起来是可重复的、规模更大、但这里可能不是问题。

    让我们对其中的一些内容进行澄清、看看...
    教育

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    您好 Edu、

    是的、时间刻度为5ms/div。  图中未显示 DVALID。  但正如数据表中所描述的那样,它是一个窄脉冲,恰好在 DCLK 脉冲序列之前---- 8.3us 之前。  它遵循数据表、我看不到问题。

    至于数百个计数的噪声、这在我们的预期范围内。  现在我们的问题是、我们有数千个计数的线性误差、我们无法通过校准消除这些误差。  请参阅4月23日消息中的图表。  您可以看到、由于与低于250mV 的 Vin 范围相关的误差是线性的、因此我们可以通过校准来处理它。  但这并不适用于高于250mV 的 Vin。  线性度会随大跳变而变化、我们不知道原因。

    您如何告知我您的电子邮件、我可以这样向您发送数据或绘图?

    谢谢、

    Steven

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    您好 Steven、

    我只是通过我的电子邮件向您发送 PM。 如果你没有得到它、请告诉我...

    我们可以在那里交换数据、但为了其他人的利益、如果您不介意、让我们在这里继续讨论...

    1. 您能否告诉我您是否正在将集成时间从采样更改为采样? 这就是它从 CONV 时序中看到的样子...
    2. 假设 CONV 周期是恒定的、您是将 A 侧序列和 B 侧序列分开还是对它们进行校准以消除两侧之间的偏移和增益差异?
    3. 看一下您的时序图、看起来很奇怪:
      1. 首先、我可以看到 CONV 为高电平。 让我们假设在那里发生了一些读取。
      2. 然后、在下一个 CONV (短接1、低电平)期间、您将获得一个 DVALID 并读取数据。 这将是第一个 DOUT 序列。
      3. 我假设 CONV 低电平足够长(~500us)以支持连续模式(如果不是、请告知我)。 奇怪的是、CONV 随后变为高电平。 这将触发 ADC 执行其工作并相对较短地输出数据、但我看不到任何读取。 可能是 DVALID 出现了、但您的 MCU 没有提供任何 DCLK? 或者、它可能是在您实际读取前一个数据之前出现的? 那么、它们是重叠的?  
      4. 您循环的那些看起来是正确的。 我的意思是、第一个是长整型(~13ms) CONV 积分的 ADC 转换的读数、第二个是较短的积分(CONV 低电平持续5ms)。  

    噪声方面、从性能的角度来看、这并不是什么问题、但更重要的是、这些噪声级别也会降低精度(积分周期的噪声直流值可能不为零)。 但无论如何、我认为我们遇到的问题比这更大... 让我们首先解决上述问题...

    此致、
    教育

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    您好、Edu、

    我们仅将数据记录在我圈出的内容中。 与前两个周期(包括短脉冲)一样、我们得到了 DVALID 和 s/w 时钟输出的两个位、但没有记录它。 我们尝试不对数据计时、发现它不会影响在两个循环中读出的内容。

    我尝试了不同的计时。 这次没有500us 的短脉冲。 也就是说、我们只有用于 B 侧集成的5ms 负脉冲。 我有一个不同的非线性误差模式、如下图所示:

    这与原始时序的测试结果非常不同。 以下是测试数据在相同设置和条件下的波形图,但计时差异除外。

    似乎计时确实会影响线性度。 1000个计数约为0.1% FSR。 只需确认这是 DDC118的设计、它应在不同装置之间保持一致、并且不会随环境和时间的变化而漂移。

    谢谢、

    Steven

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    您好 Steven、

    因此、为了确保您仍然有两个不同的集成时间、对吧? 我是说、你有一个长 A、然后是5ms B、然后重复一下、对吧? 您将使用一个给定的直流输入进行 A 侧和 B 侧采样。 对吗? 您如何校正两个非常不同的集成时间? 我的意思是、你说你捕获了圈出的瞬间。 这是 A 和 B 的数据。您可能只是在计算中使用 A 样本还是 B 样本?

    在这些图形上很难看到最佳拟合线(虽然这次您做得更好)、但老实说、结果仍然很好(可能是2-3倍)。 遗憾的是、DDC118上没有 INL 图、但如果您查看 DDC264数据表、实际上、该数据表的规格比 DDC118差2.5倍(DDC118上读数的0.01%与 DDC264上读数的0.025%)、您可以看到一些示例。 垂直刻度是在几百个上、而不是在几千个上。 因此、我不希望它们在单元或环境条件下保持一致、因为我不知道错误的来源。 嗯、我想一致性是一个相对的术语("在一定的裕度内")、但我仍然想知道、在许可这些数据之前、至少正确地获取了数据。

    请通过电子邮件向我发送1000个原始样本用于 A、1000个原始样本用于 B、即2000个连续样本来自 DDC、每个输入电流(电压)都是如此。 您只需为其中一个通道执行该操作、但如果我们全部获得8个通道、那将会很好。 例如、Excel 文件可以正常工作。 (1000是一个球公园,如果你可以做1024或任何数字,20k 等... 它起作用。。)。 此外、请包括条件(范围和 CONV 时间)。

    周末愉快!

    教育

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    您好 Edu、

    是的,我们的 A 集成时间很长,B 集成时间很短(5ms)。 我们只使用 B 侧样本来计算 B 侧信号计数。

    为了进行测试、我们已将 A 侧和 B 侧输入的 CONV 时序更改为5ms。 现在、非线性不可重现。 这又证实了较长的 A 侧积分时间会导致 B 侧积分器饱和、从而影响信号感应线性。 那么、我们建议的解决方案将是降低 B 侧输入信号电平、以避免积分器饱和。  如果还有其他问题、请告诉我。

    谢谢、

    Steven

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    很棒,Steven! 非常感谢您的报告!

    只是为了确保、当您说"非线性不可重现"时、您意味着问题不存在、现在您接近数据表值、对吧?

    假设这是正确的、我将为阅读该主题的其他人扼要重述... 对于同一通道的 A 侧和 B 侧、有两种不同的积分时间交替、一种时间长于另一种时间。 您只关心这两者中的一个(较短的一个)、但其中两个期间存在输入信号。 当您增加输入信号时、之前的采样(在较长的积分时间内)将从输入放大器饱和的一点开始、并影响您关心的下一个采样。 从之前的样本中移除饱和可以解决该问题。

    更详细的是、由于我不确定我们之前在哪里解释过这一点、由于给定积分器中的集成电流开始超过积分器的满量程电荷、放大器会饱和、积分器不再处于闭环状态。 无论电流在相同的积分周期之后出现在该电容器中、它仍然会流入电容器、但现在、随着放大器的输出被设定(饱和)、输入实际上开始上升(不再有虚拟接地)。 如果该电流/电荷足够大、最终电压将上升到输入 ESD 开启点、将该电流的一部分接地、并将输入电压限制在二极管压降(~0.4-0.6V)。 即使由于不希望采样而不关心这一点、问题仍然是这个相同的电压在输入端的一些寄生电容上(输入走线、检测器电容...)。 即、该寄生电容在积分周期结束时会保持一定的电荷。 当一个积分从一个积分切换到另一个积分时(从 A 切换到 B 或反之亦然)、输入没有复位、只需从一个积分器断开连接、然后再连接到另一个积分器(我认为在中断前几乎使用了 make 命令)。 因此、存储在该电容器上的上一个周期饱和电荷结果现在被转储到相关积分中、从而使最终结果失真。

    嗯、我将继续、关闭线程。 如果有任何问题、请进行评论...

    此致、
    教育

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    您好 Edu、

    没错。  非常感谢您付出的时间、努力以及提供的所有出色的技术细节!

    很棒的支持!

    Steven

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    很棒! 这是一个棘手的问题。 感谢 Steven 为他人的利益汇报工作。

    祝你度过美好的一天!