[参考译文] ADS1256：ADS1256输入电压范围

您好、Bryan、

非常感谢。 我猜您刚才所解释的内容、您再次提供了一个很好的答案、但请允许我在同一主题中提出几个相关的后续问题。 希望他们还能为其他人提供一些一般设计建议：

正如我在前一个问题中提到的、我正在根据 ADS1256对旧应用进行现代化改造、最初的目标是保持模拟器件与产品的前一版本相同。 在开始进行 ADC 代码转换后、我现在需要处理我直觉不认可的旧设计选择、但为了获得更改任务的授权、我需要提供专家的意见和建议。

这个线程中最初的问题在一定程度上与一个更一般的问题相关、那就是测量 AVDD 模拟5V 电源并使用公共模拟电源轨也为外部附件和模拟子电路供电是否明智、而这些子电路会生成返回 ADC 的测量信号。

您可以使用可调节 LDO、使其设置为刚好低于最小2.5V 精密基准电压乘以2 (在我的情况下介于4.86V 和4.93V 之间)、从而避免超限。 但是、我继承的设计还包含一个备选 ADC 电压基准、该基准基于从 AVDD 经由运算放大器跟随器的10k、10k、0.1%电阻分压器、最大偏移为+-2mV。 由于容差、在不处理大约一半生产单元的超范围的情况下、无法生成标称 AVDD/2基准。 稍微非对称的10k1 10k 电阻分压器可避免超限、但仍会以不均匀的方式受到轨到器件不同器件的波动影响、更大的温漂以及其他因素的影响。

我对有关产品的每个外部附件的设计没有清晰的了解、因此我开始使用新的参考和校准程序。 请就此发表评论吗？

1.运行具有缓冲器、增益1和单元2.5V 精密基准的 SELFCAL (目前尚不清楚)、以获得单端起始点的 OFC 和 FSC。

2.例如，将 AD3连接到 AGND 并在 AD3-AINCOM 上运行测量序列。 这将获得用于调整 OFC 的系统偏移校正信息。 对 AD4重复此操作。

3.将 AD3连接到外部2.5V 精密基准(这是完全已知的)并在 AD3-AINCOM 上运行测量序列。 这将获得用于调整 FSC 的修正系数。 对 AD4重复此操作。

4.将 AD3和 AD4连接到外部2.5V 精密基准并为 AD3-AD4运行 SYSOCAL。 这将获得差分测量的 OFC。

5、将 AD3连接到外部2.5V 精密基准、将 AD4连接到 AGND、并对 AD3-AD4运行测量序列。 这将在不运行 SYSGCAL 的情况下为 FSC 的调整提供输入(因为它需要一个对于缓冲器来说太大且不恒定的满量程输入信号)。

对缓冲器/非缓冲器、增益、数据速率等的任意组合重复此操作。

有关(5.)的一些问题：

* ADS1256上的差分测量是否能够在中等范围2.5V 附近对称的输入信号上提供更好的结果、例如、将 AD3连接到外部2.8V 精密基准、将 AD4连接到外部2.048V 精密基准？

*由于数据表中包含缓冲器的最大绝对输入电压为 AVDD - 2.0V、因此如果 AVDD 最小为4.85V、是否将外部3.0V 精密基准连接到 AD4？ 3.0V 基准比2.8V 更常见、并且具有更好的规格。

此外：

-接近0V 的测量是否存在线性和噪声性能下降的问题？ (这有两个含义-接近量程末尾、与2.5V 单元基准相比、4.86V 和4.93V 之间的 AVDD 更负、与2.5V 单元基准相比、这是正的。)

同样、接近(但不超过)满量程的测量是否会降低线性度和噪声性能？ 无论采用哪种方法、我的直觉都认为我应该将输入范围限制为[0、4.096](远低于 AVDD、因此由 AVDD 供电的外部附件一定能够产生[0、4.096]范围内的输出信号。 (或者也许[0、2.8]、这样缓冲器就可以一直被使用。)

感谢您的意见。

此致

Niclas

您好、Niclas、

正如大家所说：这是许多信息需要消化和回应、因此可能需要几天时间才能回复您。 但我不想让你以为我忘记了你，只给我一些时间。

布莱恩

您好、Niclas、

我能够通读您的帖子、我的反馈以粗体显示在下方：

1.运行具有缓冲器、增益1和单元2.5V 精密基准的 SELFCAL (目前尚不清楚)、以获得单端起始点的 OFC 和 FSC。

在您刚才提到基准是2.5V 精密 VREF 之后、您说基准未知时、我不清楚这里的内容。 执行 SELFCAL 可自行确定 ADC 的偏移和增益误差、ADS1256始终采用差分测量(AINP–AINN)。 换言之，如果您担心这一点，这实际上不是一种“单端”测量。

2.例如，将 AD3连接到 AGND 并在 AD3-AINCOM 上运行测量序列。 这将获得用于调整 OFC 的系统偏移校正信息。 对 AD4重复此操作。

我猜、AD3和 AD4是系统的输入(可能是终端块)、然后有一些滤波、等等、在这些输入随后馈送到 ADC 之后？ 您是否有可供我查看的原理图？ 请注意、AINCOM 不会自动连接到 AGND、如果该引脚尚未连接、则必须手动将其连接到 GND。 AINCOM 只是另一个输入、如 AIN0、AIN1等 此外、我们建议将输入短接至中间电源(缓冲器关闭)以进行偏移校准、不要将其绑定到 GND。

3.将 AD3连接到外部2.5V 精密基准(这是完全已知的)并在 AD3-AINCOM 上运行测量序列。 这将获得用于调整 FSC 的修正系数。 对 AD4重复此操作。

4.将 AD3和 AD4连接到外部2.5V 精密基准并为 AD3-AD4运行 SYSOCAL。 这将获得差分测量的 OFC。

5、将 AD3连接到外部2.5V 精密基准、将 AD4连接到 AGND、并对 AD3-AD4运行测量序列。 这将在不运行 SYSGCAL 的情况下为 FSC 的调整提供输入(因为它需要一个对于缓冲器来说太大且不恒定的满量程输入信号)。

对缓冲器/非缓冲器、增益、数据速率等的任意组合重复此操作。

因此、您似乎在尝试使用单端和差分测量来执行每个通道的系统偏移和增益校准。 诚然、这似乎是过度使用、但我并不完全确定应用在这里是什么或它需要是多么准确。 您是否知道 ADC 外部的误差(例如信号调节电路)是否足够大、足以保证这一冗长的校准过程？ 换言之、如果您刚刚校准了 ADC 误差、那么这对于您的系统来说就足够了、还是需要执行这些其他步骤？ 如果您也要执行系统校准，我也不会执行自校准，因为系统校准也会校准 ADC 偏移/增益误差。

您是否需要在此系统中同时进行单端和差分测量？ 这可能有助于进一步了解您的电路实际应执行的操作、因为我现在知道的只是 ADS1256在某种容量下使用。 但是、您提供的信息越多、或许有更好的解决方案来应对其中的一些挑战。

我同意、如果您根据数据表(第26页)更改数据速率、PGA 设置或缓冲器、则应执行新的校准。

有关(5.)的一些问题：

* ADS1256上的差分测量是否 能够在中等范围2.5V 附近对称的输入信号上提供更好的结果、例如将 AD3连接到外部2.8V 精密基准、将 AD4连接到外部2.048V 精密基准？

不一定。 ADS1256 PGA 不是具有非线性区域、CM 要求等的真正放大器、因此您的共模可以位于允许输入范围内的任何位置。 您只需确保不违反绝对输入范围要求、具体取决于您的缓冲器配置(以及其他适用的数据表规格)

*由于数据表中包含缓冲器的最大绝对输入电压为 AVDD - 2.0V、因此如果 AVDD 最小为4.85V、是否将外部3.0V 精密基准连接到 AD4？ 3.0V 基准比2.8V 更常见、并且具有更好的规格。

正确、如果 AVDD = 4.85V 且缓冲器打开、则无法应用3V 信号。 ADS1256内部的缓冲器是一个放大器、具有余量要求和非线性运行区域。 这就是您必须保持在 AGND 和 AVDD-2V 之间的原因

-接近0V 的测量是否存在线性和噪声性能下降的问题？ (这有两个含义-接近量程末尾、与2.5V 单元基准相比、4.86V 和4.93V 之间的 AVDD 更负、与2.5V 单元基准相比、这是正的。)

不一定。 只要您的输入信号符合数据表规格、您就应该获得数据表性能。 但是、如果您施加的输入信号过于接近限值、则这些输入(或电源、VREF 等)上的任何变化都可能迫使您的信号超出允许的范围、其中的线性度、噪声等将降低、不再得到保证

同样、接近(但不超过)满量程的测量是否会降低线性度和噪声性能？

请参阅我对上一个问题的回答

无论采用哪种方法、我的直觉都认为我应该将输入范围限制为[0、4.096](远低于 AVDD、因此由 AVDD 供电的外部附件一定能够产生[0、4.096]范围内的输出信号。 (或者也许[0、2.8]、这样缓冲器就可以一直被使用。)

根据我之前的回答、在电源压降、接地噪声等情况下、您可能需要为电压输入提供一点余量 尤其是当缓冲器打开时、我会保持与输入相差100mV、以防万一。 但是、再说一次、该器件将在指定电压范围内的任何位置工作、为您的电路提供一定的裕度是最佳做法。

布莱恩

您好、Bryan、再次感谢您、

该产品具有内部2.5V 精密基准、数据表精度为+/- 0.06%、因此其确切值最初未知。 我们在开始时知道的是、它在[2.4985、2.5015] V 范围内。我们输入已知(例如2.4999864V)直流信号、并将测量结果用作校正因子、以校正校准/调整序列开始时从 SELFCAL 获得的 FSC 值。

旧设计具有校准/调整序列、可提取多组 OFC 和 FSC 数据、然后存储在 RAM 中。 根据实际测量的类型、在每个测量系列之前、从 RAM 中读取相应的 OFC 和 FSC"设置"并将其写入 ADS1256。 我打算继续这样做，但修改和纠正程序。

英寸(2.) 我不是指 SYSOCAL、而是指用于校正(1)中获取的 SELFCAL OFC 的平均测量系列。 以生成自制 SYSOCAL OFC。

感谢您强调 SYSOCAL 应在1/2 Vs 下完成。 数据表显示"零输入差分信号"、可能会被误解为"将两个输入连接到零伏"。 数据表似乎不建议使用缓冲器关闭与缓冲器打开、因此您可以在此基础上进行扩展吗？ 我的计划是生成一个具有缓冲器和一个不具有缓冲器的自制 SYSOCAL OFC (根据使用的增益和根据使用的数据速率(当前仅1000 SPS))。

我无法共享原理图、但 ADC 电路包含两个分别连接到 AD3和 AD4的8：1模拟多路复用器。 ADS1256的电压基准可切换至内部2.5V 精密基准、也可切换至 AVDD 的10k 0.1%电阻分压器、该分压器具有失调电压误差为+/- 2mV 的单位增益运算放大器缓冲器。 (并且模拟开关可能具有偏移误差。) AINCOM 连接到 ADS1256上的 AGND。

该产品的旧版本具有一系列基于电阻式温度传感器的外部附件。 它们由 AVDD 供电(这会导致许多潜在的误差源、例如 LDO 负载、电缆压降以及对系统中其他可能影响 AVDD 的东西的敏感性)。 新版本的产品必须继续支持这些附件。 这些附件中的"传感器元件"可能相当"粗糙"、在与我有关 ADS1256的问题无关的不同类型的多点调整程序中进行处理。 换言之、此时我假设附件多点校准能够补偿旧版本中低于完美 ADS1256校准/调整的情况。

但是、新版本还增加了连接性(数字和模拟 IO 的数量大幅增加)、因此我还尝试为未来的附件奠定适当的基础、并根据模拟块的基本原理图大幅提高测量质量。 其中一些新连接将启用差分测量(通过两个模拟多路复用器进入 AD3和 AD4)。 其他器件将采用单端方式直接接入 ADS1256。 对各种输入的滤波存在差异。 在生产版本上进行测试之前、将不知道校准/调整/补偿的确切需求。 此时、我将尝试包括可能需要的所有内容、稍后将排除不必要的校准步骤、我认为这比现在和以后制定最小程序更容易。

在差分测量值是否应以中点为中心方面、您可能会有些矛盾：("我们建议将输入短接至中点电源(缓冲器关闭)以进行偏移校准"与"因此您的共模可以在允许的输入范围内的任何位置"。)

我的计划是为了校准/调整/测试而构建以下外部电压基准：

a. MAX6325CPA 具有修整功能的单端2.5V (以及 SYSOCAL 的差分中间电源)
这足够接近缓冲范围的高端(在我的例子中为2.85V)。

b.带 修整的 MAX6341CPA 单端4.096V
这是最接近未缓冲范围高端(本例中为4.85V)的精密基准。

c. MAX6325CPA 差分2.5V、修整与0.2V 电压源串联
这提供了接近缓冲范围高端但与范围末端具有0.2V 和0.25V 裕度的差分输入。

d. MAX6341CPA 差分4.096V、带与0.4V 电压源串联的修整
这将提供接近未缓冲范围高端但与范围末端具有0.4V 和0.354V 裕度的差分输入。

我知道 ADS1256本质上是差分的、因此上述"单端"指使用 AINCOM 作为 AINn 的测量。

您提供的信息非常有用、它为我提供了对新版本产品中校准/调整程序进行一些更改/改进所需的专家支持。 如果您能找到时间对上述内容进行评论、我想我将回答我目前理解的所有问题。

谢谢、致以诚挚的问候

Niclas

您好、Niclas、

因此、您尝试的做法似乎只是针对您的设置为每个输入路径和配置系统提供一种满量程校准方法。 然后、您将有很多不同的组合可供测试(2x VREF、缓冲器开/关、SE 与 DIFF 等)、但如果您希望获得最佳精度、这是实现该精度的最佳方法。 我想说、假设使用相同的输入路径、您可能不需要单独的单端或差分测量校准方案、但您似乎会针对不同的输入类型(SE 与 DIFF)使用不同的输入路径、因此这是合理的。 我还希望在您进行初始测试后、您能够确定最大的误差源并对其进行校正、而无需对最终产品进行所有此类校准。

我提到仅在缓冲器关闭时才为偏移测量应用1/2 Vs 电压、因为从技术上讲、缓冲器处于1/2 Vs 电压仍为2.5V。 然而、当缓冲器= ON 时、有限的输入电压范围意味着偏移电压应该处于中间范围、或者1.5V (假定一个5V 电源)、这是因为输入范围将为0-3V。 我希望这不会导致太多的混乱。

一般而言、我建议将输入共模信号保持在1/2 Vs 附近、因为许多 ADC 具有真正的 INA 增益级、其中 VCM 随着增益的增加而降低。 例如、您可以在 ADS1261上看到这一点、ADS1256的下一代版本。 但是、ADS1256没有这一要求、因为它使用不同的放大方案、使得 VCM 可以在 ADC 的绝对输入范围内的任何位置。 我的评论更强调指出、虽然可以对 ADS1256执行此操作、但其他 ADC 可能无法执行此操作。 因此、如果您现在将此作为最佳实践、我相信稍后会让您受益。

我不确定我是否回答了您的所有问题、因此请告诉我是否错过了您上一篇文章中的内容。

布莱恩

您好、Bryan、再次感谢您、

我认为您已经很好地理解并回答了我的问题。

我同意我开始的校准程序有点复杂、但在测试后、我将知道哪些步骤是真正必要的。 在所有步骤都是必要的情况下、它们可能会自动执行。 所述校准板最初将用于测量硬件设计的质量。

我对"范围"方面有一个快速跟进：

SELFOCAL："模拟输入 AINP 和 AINN 从信号源断开并连接到 AVDD/2。"

由于这可以(应该)使用和不使用缓冲器来完成、因此将两个输入连接到恰好是中量程对于 ADS1256 (？)并不重要。 我的意思是、SELFOCAL 将仅为中量程、不带缓冲器。 (或者、您的回复的第3段是否回答了这一问题？)

此致

Niclas

谢谢！