[参考译文] ADS1255：单端转换和电源

您好、Miguel、

您在原始帖子中提到您希望同时读取桥接器-您能确认吗？ ADS1255是一款多路复用 ADC、因此您将无法同时读取每个桥。 例如、您必须选择 AIN0、进行测量、将多路复用器切换到 AIN0、进行测量等。 我只是想清楚地知道、该器件不是同步采样 ADC。 如果您确实需要同步采样 ADC、请告诉我、我可以推荐其他一些东西。

当您的电桥平衡时、电桥中心点将为1.65V。 但是、您将为运算放大器上的两个输入提供1.65V 电压、因此放大器产生的输出应为0V。 如果您将 AINCOM 设置为+1.65V、那么当电桥平衡时、您将测量 VIN = AIN0 - AINCOM = 0 - 1.65V =-1.65V。 如果这不是您想要的、我会相应地修改电路。

在桥式电路中、通常使用比例式基准、因此激励电压(3.3V)也用作 VREF 电压。 因此、激励电压的任何变化都在基准上平均可见、基本上会抵消。 然而、ADS1255可支持2.5V 的最大 VREF 电压、因此在这种情况下不起作用。 我建议查看 ADS1260、它是 ADS1255的下一代版本。 此器件内置有极低噪声 PGA、可能会取代分立式放大器并简化电路。 当然、假设您可以进行多路复用测量。

请告诉我

布莱恩

您好、Bryan、

感谢您的回复、

因此、理想情况下、它们应该是同步采样。 但是、如果两个采样 AIN0和 AIN1频率周期的速度足够快、能够以快于1kHz 的速度输出两个通道、则应该是好的。 但是、如果您建议其他一些东西、我也会考虑它。

当电桥平衡时、放大的输出为1.65V 我将放大器的 Vref 设置为1.65V、因此电桥信号从0摆动到3.3V、并在平衡时保持在1.65V。 因此。 当电桥平衡时、如果 AIN0上的输入= 1.65V、并且我将 AINCOM 设置为+1.65V、那么 VIN = 0、ADC 应该为0正确吗？

我不理解 VREF。 VREF 电压固定为1.65V、任何时候都不会摆动。 也许一个公式会有所帮助、但我认为 VREF 只能用作基准值、而不能用作比例式。   

当您说比例式时、您说的是、对于 PGA = 1、X 的读数将按两倍比例缩放？ (考虑3.3V 电源和1.65V VREF)

ADS1260有5个通道、空间是我的情况下的一个很大限制、我只需要两个单端通道。 此外、我需要高于128的增益、大约为1000及以上。 这就是我在 ADC 之前使用仪表放大器的原因。

提前感谢！

您好、Miguel、

您能否提供以下信息：

• 称重传感器灵敏度(通常以 mV/V 为单位)
  • 这将提供最大电桥输出电压、VOUT (max)=灵敏度*激励电压
• 放大器
• 目标分辨率(解决电桥最大输出电压所需的精度)
• 确认您至少需要小于0.5ms/ch 的数据、以便在1ms 内读取两个负载单元？

我可以执行一些快速计算、以查看在这里最合适的器件。

布莱恩

您好、Bryan、

• 我尝试实现的灵敏度为每0.5gm 1adc。 在200gm 的电流下、电桥变化为0.08mV、接受3.3V 电压。
• INA2128增益为2000 +/- 1000、具体取决于应用
• 如果我能够检测到0.5gm 的变化、就足够了
• 到目前为止、我已达到320SPS、但100SPS 将是最低

如果您需要其他信息、请告诉我

-Miguel

谢谢 Miguel

因此我知道、您说您要测量的最大重量是200g、在这个重量下、电桥输出电压是80uV、使用3.3V 励磁-是这样吗？

您正在尝试获得0.5gm 分辨率、即200 / 0.5 = 400个计数。 这意味着您将看到80uV/400 = 200nV 的噪声水平-请确认。

布莱恩

您好、Bryan、

我不一定要最大重量为200gm。 我想调整放大器的增益以适应我尝试测量的最大重量(我知道这会影响分辨率、但灵敏度大约为0.4uV/gm)

我的目标始终是实现最佳分辨率、即0.5gm

不确定这是否有用、但如果需要、我们也可以尝试固定最大重量

米格尔

您好、Miguel、

我试图了解您的最大信号输入以及您需要解决的信号的小幅。 这将告诉您需要为其设计的本底噪声。 从先前的帖子中可以看到、200g 时电桥的最大输出电压为80uV、您正在尝试解决0.5gm 问题、这会导致本底噪声为0.2uV。 请注意、在 G = 1000时、INA128噪声指定为0.2uVPP 从0.1Hz 到10Hz、因此这已经达到了本底噪声。 在10Hz 带宽下、采样率远低于1kSPS、因此我想确保您的系统能够提供您所需的性能。

与 INA128相比、ADS1260内的 PGA 实际上可提供更低的噪声密度(~6nV/√Hz)。 如果需要绝对最佳噪声性能、则考虑使用此 ADC 是有道理的。 ADS1260也比 ADS1255小、因为您说尺寸是系统中的一个限制因素。 正确的是，ADS1260只提供128的增益，但根据您已经提供的信息，我不确定您是否需要1000的增益(或大于128的任何增益)。 如果您使用增益为1000的较高噪声放大器、您也只是放大噪声。 首先要考虑的是放大器是否能够在所需带宽下达到目标噪声性能。 我会要求您根据您提供的系统参数仔细检查我的计算结果。

我还怀疑您能否以足够快的速度测量 ADS1255或 ADS1260上的2个通道、以满足您的0.5ms 要求、同时满足噪声要求。 即使您将此要求放宽至5ms、也需要将 ADS1255数据速率设置为500SPS。 这会导致3dB BW 为221Hz、无论您使用 INA128还是仅使用 ADC+集成 PGA、这种噪声都将大幅增加。 因此、您可能需要考虑在此应用中使用2个 ADC、除非您无法放宽转换时间/通道要求。

如果您对此信息有任何疑问、请告诉我。

布莱恩

您好、Bryan、

我使用的放大器是 INA2128、后跟 Q 系数为0.707的 Sallen Key 有源 LPF。 截止频率设置为30Hz。 因此、噪声应在进入 ADC 前进行滤波。

考虑到多路复用器的复杂性、我可能会考虑使用两个 ADC。 如果我满足分辨率需求、我可能还会考虑 ADC+PGA (因为它还可以节省空间)。

您是否想到了任何特定的 ADC？  

谢谢、

-Miguel

您好、Bryan、

感谢您的见解。

• 当您说"您可以将该值乘以6.6以获得251nVPP"时、为什么选择6.6因子？
• " 您希望 ADC 的输入参考噪声比第二幅图像中显示的结果低5倍到10倍、因为 ADC 噪声也将按增益进行缩放。  例如、如果在增益= 1时 ADC 输入参考噪声为3.8uVRMS、则 ADC 的系统输入参考噪声将为3.8nVRMS"。 为什么是这样？ 在我的脑海中、噪声由 INA2128放大、那么、如果是后采样、为什么将 ADC 输入参考噪声乘以1000？
• " 但您的系统似乎不需要内部 VREF "、因此对于 ADS1235、我如何将0计数设置为+1.65V？ 数据表还指出、单极配置的电源电压必须为5V。 我的模拟最大电源是来自微控制器的3.3V
• 我们尝试测量的信号频率最高可达25Hz、因此截止频率约为30Hz。 我希望获得的最小 ADC 采样频率至少为100SPS、以确保信号特征良好、对吧？

在之前的帖子中、您曾告诉过我可能需要考虑其他 ADC 同时对信号进行采样、或者考虑两个单独的 ADC。 经过一些研究、我发现：

• ADS131a02 (双通道同步采样)
• ADS1246 (单通道单端)

这两个器件均接受3.3V 的模拟单极电源、但我不确定噪声性能和转换。 请给出建议。

感谢您的耐心和时间。

此致、

-Miguel

您好、Bryan、

我花了一些时间更仔细地分析了这些信息。  

我也会尽量清楚地说明要求。

ADC 系统要求：

• 24位分辨率
• 灵敏度为0.5gm
• 分辨率为0.5gm/ADC 计数
• 需要读取两个电桥-->使用一个 ADC 或使用两个 ADC 进行同步采样
• 输入电源电压单极3.3V
• SPS >= 10.

我同意你的看法，使用比例式参照似乎是一个很好的解决办法。 我唯一的问题是、使用比例式基准时、我是否需要也应该进行预放大？ 如果没有、PGA 上的增益应该是多少？

因此、为了阐明我的想法、我制作了以下图表、以帮助确定和研究符合上述要求的最合适的 ADC：

如果您能就此问题提出建议、那么最好最终决定我将使用的 ADC。 我也不熟悉 ADC 的这个问题、因此、与此同时、我正在阅读德州网站上精密 ADC 和放大器的电子书以及您提供的链接。

提前感谢您抽出时间为我和本项目 Bryan 提供支持。

此致、

Miguel

您好、Miguel、

让我将您链接到 我们的高精度实验室系列。 这里有很多很好的材料、但我认为有关 ADC 噪声的部分将对您有所帮助、更具体地说是模块4.4。 本视频主要介绍您现在要经历的过程：为称重传感器应用选择 ADC。

在观看本视频时、您将注意到、上一篇文章中的列表中缺少了确定本底噪声和动态范围以及选择 ADC 所需的一些信息。 具体而言、最大电桥输出电压和重量范围。

在前面的讨论中、您曾提到重量范围可能为200g、但我仍然不清楚电桥灵敏度、它将有助于确定最大输出电压。 基本上、您需要知道施加最大重量时电桥输出电压是多少(即使您不一定在最终设计中施加这么大的重量)。 我们遇到的最常见的称重传感器的灵敏度为1或2mV/V 这意味着、如果您施加3.3V 激励、最大电桥输出电压将为3.3mV 或6.6mV。 我想您之前说过、您的最大输出电压为80uV、明显小于我的预期值、因此建议使用灵敏度极低的电桥。 我相信，这种桥梁已经存在，但我以前没有看到过这样的桥梁。

如果您可以确认这些值(重量范围和最大电桥输出电压)、我可以帮助您选择 ADC、因为这些值将决定您的本底噪声。 只有知道需要解决的最低噪声级别、才能继续。

请告诉我这一要求是否合理。

布莱恩

您好、Bryan、

我将查看该链接。

我做了一些实验(随附文件)。 该文件包含有关电桥输入权重和差分输出的数据

使用了3.3V 激励。 测试的最大重量为2.685千克、传感器可承受高达6千克的重量(在结构上、传感器可承受高达13千克的重量、但设置50%的安全系数可提供最大6千克的重量)。

趋势线是线性的、因此我相信输出电压可以根据所连接的模型进行估算。

此致、

-Miguel   

e2e.ti.com/.../BRIDGE_5F00_TEST_5F00_OUTPUT.xlsx

您好、Miguel、

从您发送的数据来看、由于在给定图趋势线的情况下、最大重量(13kg)下的输出大约为3mV、因此电桥灵敏度看起来大约为1mV/V。

但是、您的系统似乎仅使用大约200g 的此范围、即~1.5%。 如果您只使用范围的一小部分、那么您选择具有如此高最大负载的电桥是否有任何原因？ 我强烈建议使用不同的传感器、仅凭传感器噪声可能不会让您解析此类小信号(更不用说信号链噪声)。

布莱恩

您好、Bryan、

传感器处于测试阶段、正在开发和调整。 我确信、机械结构的灵敏度可以提高、而且会提高。 但这就是我使用 INA2128实现受控增益的原因、因此我可以根据研究情况对其进行调整。 目前、我无法分享结果、但如果您可以推荐一些 ADC、我会对其进行研究并测试一些 ADC。 如果我拥有的数据超过了我可以联系您、以找到针对该案例的调整度最高的解决方案。

米格尔

您好、Miguel、

我无法充分强调了解系统和传感器的噪声目标有多重要。 如果这是一个移动目标、那么以任何有意义的方式设计您的系统将非常困难、因为您最终可能需要一个由 INA 和二阶滤波器组成的分立式信号调节块、 或者、您可能可以只使用具有集成增益级的 ADC。 由于您需要3.3V 电源、因此无法再使用 INA128、因此现在您需要找到功耗更低的 INA、它肯定会具有更高的噪声。 但是、如果您根本不需要 INA、该怎么办呢？ 如果该电路最终可能会成为次优、过于复杂的解决方案、那么继续设计该电路是否有意义？

对于 ADC、考虑到低噪声、高增益、更快的采样率、外部基准输入和小型封装、ADS1235将是此类测量的理想选择。 由于您需要的器件可在3.3V 电压下运行、因此我建议使用 ADS1246或 ADS124S06。 ADS124S06具有比您所需的更多通道、但噪声比 ADS1246低~30%、如果您决定应用需要一个高性能内部基准、则附带一个高性能内部基准。 它还采用小型5x5mm 封装。

ADS131A02也可以工作、但由于输入是非缓冲的、因此该器件需要一个驱动器放大器。 因此、您可能需要在此应用中使用更宽的 BW 放大器、因为 INA 可能会太低 BW、尤其是低功耗运算放大器。 驱动器放大器也可以配置为增益、但它是固定增益、并且不会具有高输入阻抗、因此您可能还需要一个缓冲器(或者您可以在驱动器放大器之前使用 INA)。

布莱恩

您好、Bryan、

现在、我更清楚拥有良好 SNR 和更好地了解我的系统的重要性。 我将做更多实验、研究数据、并且更加准确地获取灵敏度和噪声误差。 将对传感器进行完全表征以获得这些值。

我还将查看有关 ADC 噪声分析的文档以及这些 ADC 的数据表。 我相信我现在已经拥有了一切、现在是深入研究的时候了。 如果我还有更多数据、我将返回给您。

谢谢！

米格尔