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[参考译文] DDC264EVM:16位模式下的数据采集格式问题

Guru**** 2943390 points

Other Parts Discussed in Thread: DDC264EVM, DDC264

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/919751/ddc264evm-data-acquisiton-format-issue-in-16bit-mode

器件型号:DDC264EVM
主题中讨论的其他器件: DDC264

尊敬的同事:

客户希望使用 DDC264EVM 比较其 DDC264数据采集结果。

但当他们在16位中使用 DDC264EVM 时、会遇到以下问题。

他们想知道:

在16位配置中出现错误输出格式的原因是什么?

在输出汇总中、该值由 GUI 平均、有多少次得到平均值? 如何获取行数据? 因为他们想要将 DDC264数据采集结果与 DDC264EVM 进行比较、所以现在他们的电路板噪声很大。

当格式更改为16位时、无论输入信号幅值和频率如何变化、GUI 中的输出都是错误的、最大值不是65535。 结果如下:

当格式更改为20位时、输出随着输入信号的变化而变化、结果正常。 结果如下:

连接配置:

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    您好、Rock、

    16位模式下的 FPGA 固件存在错误。

    需要 从数据中减去十进制的16711680固定值(0x0000)。

    Graph 选项卡中的单通道线图显示 了单通道的连续数据系列。

    这将显示为平均值考虑的样本数。

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    您好 Praveen、

    根据您的建议、客户已获得原始数据。 但现在他们担心 A 通道和 B 通道之间的差异。

    客户测试流程:

    1.在 DDC264EVM 中、使用 PD 替换通道128、94、35电阻器。 公共端接地。

    2.将 EVM 置于 屏蔽环境中(无任何光源并隔离电磁辐射干扰)

    3.设定不同的增益(总共11-00是4种增益),集成时间为1000us 和2500us。 获取20位和16位的原始数据。

    结果如下:

    标准差是512个样本的标准差。

    客户关注的问题包括:

    在00增益中、A 和 B 之间的差值非常大、如红色框所示。 对吗?

    2.标准偏差是否正常?

    非常感谢!

    此致、

    罗克苏

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    尊敬的 Rock:

    如果我们看一下您用红色平方的方框、则差值会随范围而变化、正如人们所期望的、如果是由电荷引起的(下面的内容更多)。 即、在范围3 (150pC)和范围0 (12.5pC)之间:
    范围0:5812-2899=2913
    2.范围3:4108-3848=260 -->在范围0中,预计这将是 X150/12.5=3120。

    对我来说、听起来不错。 即、在范围3上创建260个代码的输入上的任何充电误差将在12.5pC 范围内产生超过10倍的误差。 该数字不完全匹配、因为偏移并非全部是由于输入电荷而导致的、而是由于其他常数因子(不随范围变化)、但它非常接近...(因为缺少一个更科学的术语:))

    现在、人们会想知道该电荷的来源是什么。 该偏移的一种潜在机制是 A 侧放大器的输入偏置电压(VA)与 B 侧(Vb)略有不同。 断开 A 后、将在 Cdet 中对输入偏置电压进行采样(传感器和迹线寄生电容) 如果 B 的输入偏置电压与 A 不完全相同、则该电荷会在连接 B 侧时转移到 B 侧。请注意、Cdet 越大、传输的电荷就越大。 在12.5pC 下3000个计数将为35fC。 这将对应于 Cdet x (VA-Vb)。

    这只是一个理论、因此、如果他们使用测试模式(断开输入)或简单地拔下 PD (光电二极管)、他们能否确认差异变得小得多? 他们是否知道 PD 寄生电容的值?

    总之、A 侧和 B 侧之间的失调电压不匹配看起来正确、可以通过标准校准/减法来消除。 然而、一个看起来可能太大的问题是噪声。 他们似乎在谈论范围3中的50ppm FSR、不是吗? 通过查看 DDC264 DS、我们可以看到、要获得该级别的噪声、需要1000pF PD (表的右下角)、它很大。

    他们能否确认他们的 PD 真的这么大? 如果不是、在测试模式下、他们能否在没有 PD 或更好的情况下再次查看噪声数? 任何其他输入的噪声值如何? 例如、由于缺少屏蔽、噪声通常会增加、因此、在没有 PD 的其他输入中也可以看到噪声。 屏蔽盒是否接地?

    此致、

    教育

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    尊敬的 Eduardo,í a

     

     感谢您的理解和帮助、在您的指导和鼓励下、我们进行了测试。

     

    根据上次反馈、有三个要点:

    1. 更换开发板上的光电阵列后、静态偏移测量值满足预期、误差可接受、误差源可能是缺少科学测量方法和器件;
    2. PD 检测器电容可能过大、导致噪声过大。 是否确定为1000pF?
    3. 将寄存器更改为测试模式并观察当前的噪声水平、或者不要更改为测试模式并强制模拟电流端接地并观察噪声变化。

     

    上述三个点中最后两个点的测试结果如下:

    1. 结合反馈信息、该实验的积分时间为5000us、增益为00。 首先、将寄存器位0设置为1以测试模式。 此时、读取的双通道噪声值接近8.8PPM、如图1所示。 请遵循手册说明。 数据点正常读取、波动符合预期。

       

    图1.  

     

    2.将寄存器 bit 0设置为0、同时模拟 PD 电流端空连接、连接器悬架处理、读取5000+ PPM 时的噪声、原因未知。 数据点异常、波动偏离预期。

      

     

    1. 接下来、保持 bit 0=0并且将模拟电流板的电压输入端接地、相当于无信号输入。 由于未知原因、请阅读7000+ PPM 时的当前噪音。

      

     

    根据上述测试条件:

    Q1上述问题的可能原因是什么?

    Q2在‰模式下、DDC264芯片 A 和芯片 B 之间的 PPM 差异约为2 μ A。 在非测试模式下、在没有检测器的情况下、它大约为2%。  在非测试模式下、当与探测器,连接时、它大约为8%、差异是否如此之大是正常的?

     

    关于 PD 检测器的电容:

    对于 PD 检测器的杂散电容、采用数字桥测试。 100kHz 频率、并行模式、电桥电容测量、PD 的电容值在57pF 附近单独测试、线路电容低于5pF、DDC264输入电容在6pF 附近单独测试。  DDC264+接线+PD=70pF。 最后一次测量1000pF 的原因是使用了串联模式和1kHz这一次使用针对大阻抗器件的并联模式可以提高精度。

    表1.

     

     

    最后一个问题是积分器 A 和 B 可以根据您的介绍进行校准。 您对校准方法有什么建议吗?

    再次感谢您的耐心等待。

    此致

    李林恩

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    您好、Lynn、

    非常感谢您的详细解释和实验。

    只是为了澄清最初的3项结论:

    1/我不确定您对"误差的来源可能是缺乏科学测量方法和器件;"的意思是、A 和 B 之间的失调电压差预计会随着范围变小(增益变大)而增大。 底线是、失调电压差看起来正常。

    2是的、为了在范围3获得50ppm 的大噪声、输入寄生电容应该大约为1000pF。 我同意情况可能不是这样、并且认为70pF 的值要多得多、因此应该在范围3中测量大约8ppm rms (与所示的第一个帖子不同、是50)。 所以、这里有问题...

    3/测试模式将输入与外部世界断开。 替代方法是使器件保持正常运行、并使输入悬空、而不是接地。 输入是电流输入(而非电压)、因此为了避免输入端出现任何电流、必须使输入保持断开/断开状态。 这将解释为什么您的第三个实验"Keep bit0=0并将模拟电流板的电压输入端接地"为您提供了如此大的值。  

    然而,在前两个实验中尚不清楚:

    1. 在第一个问题上、您似乎处于20b 模式、不是吗? 原则上、这不应产生影响、因为您报告的是 ppm、而只是查找一些软件错误... 当您使用 TM 时、我希望该噪声非常小、但我感到惊讶的是、仅为12.5pC 的~9ppm。 它甚至低于规格表中的0pF、但我同意、使用 TM 时、您甚至会低于0pF、因为您还会断开 IC 内部的一些输入电容。 因此、它可能... 唯一奇怪的是、您的平均值大约为150、而不是接近4095。 也许我在软件中缺少了一些东西(将在这里询问大家)。
    2. 我真的不理解的第二个问题。 "模拟 PD 电流端零连接"的含义是什么。 这是否与您最初报告的实验等效? 即 PD 已连接但未点亮? 在本例中、在原始测量中、您在00 (12.5pC)范围内具有大约500ppm 的噪声、但现在为5000、因此我确实缺少了一些东西。 此外、样本似乎从-2000跳到了2000? 顺便说一下、您选择了一个不同的通道(上一个实验中为256A 与253A)。 对吗?

    在校准问题上、最简单的方法是针对每侧 A 和 B 测量几个 k 点、可能为4096、而不会有信号(PD 已连接但没有照明/ X 射线关闭)、对这些样本求平均值(分别针对 A 和 B)并获得两个值的 DCA 和 DCB。 然后、您可以从现在的 A 和 B 数据中减去 DCA 和 DCB  

    顺便说一下、让我们看看上述内容是否有助于解决您的问题、但是如果帖子太慢、我们也可以进入呼叫。 我们可以使该线程脱机...

    此致、
    教育

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    尊敬的 Eduardo:

    感谢您的回复、我想再次向您提出问题!

    我们还通过您上次的回复在测试结果中发现了一些问题。 我们大胆推测、它可能是 EVM。 因此、我们获得了另一个 EVM 并尝试再次测试。 具体过程如下(使用新的 ddc264 EVM);      

    1.评估板由跳盖短路、如图1所示;            

    图1.  

      2.在此基础上,启动软件并连接评估板,如图2所示;         

       

    图2           设置了配置寄存器、积分时间2500us、20位、增益00、C 系列芯片;           

     3.配置成功后,将执行数据采集,如图3-4所示;      

           

    图3.            

    256A 通道、PPM 数据范围为- 5 * 103至15 * 103            

       

    图4 积分器的噪声为6876、B 积分器的噪声为7479;            

    通过测试、可以发现、无论是第一个 EVM 测试还是第二个 EVM 测试、获得的数据都与 EVM 数据表非常不同。 但是、我们始终认为 ddc264的测量数据不应是我们获得的数据、而应是 EVM 数据表中的数据。  我们热切希望您能帮助我们分析目前我们的测试方法是否存在问题 、这会导致数据获取出错。 您能否提供相关教程或帮助您推断数据错误的可能原因感谢您的帮助。 你看着向你偷东西。

    此致

    李林恩

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    您好、Lynn、

    这是一个很好的开始方式。 从 EVM 获取 DS 结果... (当然、您所展示的图表不是您想象的那样)。

    设置/计时看起来应该正常工作。 您对"跳电容短路"的意思是什么? 您说的是在通道256的输入和接地之间放置一个电容器吗? 没关系。 如上所述、将输入对地短路是不好的...实际上、您可以执行的最简单的测试是拔下 AIB (模拟接口板)、小型电路板... 您可以做的另一件事是将位0设置为"1"、即进入测试模式、这将断开输入并消除上述一些问题。

    无论何时使用外部连接(不是在测试模式下)、另一件事是将设置放在屏蔽盒中。 请注意、范围为零的输入极其敏感。 12.5pC 的30ppm 为0.37fC! 因此、该器件将在输入端拾取任何小信号耦合、尤其是在您具有如图所示的情况下、AIB 未连接到任何东西/悬空。 从这个意义上讲、从信号图的形状来看、我认为您有某种包络(不仅仅是随机噪声)。 您每2.5ms 进行一次采样、中国电网频率为20ms (50Hz)。 该图仅显示 A 样本、因此每5ms 进行一次采样。 如果我看的没错、您实际上可以看到样本是如何在50Hz 信号上运行的... 例如、从顶部开始、然后您得到一个半向、然后到达底部的一个、削波、再到另一个半向、再到顶部的一个、依此类推:

    所以、如果我不得不打赌、这就是... 50Hz 耦合到您的输入。 测试模式将使一切看起来正常。 屏蔽盒也可以解决问题。

    此致、
    教育  

    注意:查看与设置相关的图、您是否单击了更新图解? 似乎不匹配、但我会让其他更熟悉该软件的人来看看... 无论如何、我认为它不会影响结果。 它只是一个显示功能。

    1. CONV:2.5ms (12500/5MHz)->这种情况并不正确(CONV 在2.5ms 内不是低电平)
    2. CLK = 5MHz -> DVALID 约为276us (您可以在图中看到、从 CONV 边沿到 DVALID 的下降边沿)
    3. DCLK 等待= 13k / 80MHz = 0.16ms (从下降沿到 DVALID 到蓝色数据包输出的开始)
    4. DCLK:40MHz ->读取时间:256*20*25ns=0.13ms 关于蓝带/ DVALID 上升沿的宽度)

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    您好、Lynn、

    如果   您使用"Update Plot"按钮、您应该会看到下面的时序图。 但是、它不应影响设置或数据采集。 谢谢。

    此致、

    TC

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    尊敬的 Eduardo,í a

       感谢您的帮助、我们通过您的帮助获得了结果。 正如预期的那样、获得的数据与手册不一致的原因主要是测试环境造成的。 通过评估手册中 EVM 的测量数据和最小增益、在20位、320us 集成时间内、收集的数据噪声具有10个以上的 ADC 值、 与手册中建议的6.5adc 值不同(我们理解它是测试与环境之间的差异)。 两个内部 a/b 积分器在不同增益下确实有不同的差异、如下面的表1所示;   


     最小增益/积分时间为320us、噪声约为16.4、与手动6.5相比、ADC 值存在10个差异;内部 a/b 积分器的偏置值和噪声差异分别为0.7%和0.4%、但增益最大。 内部 a/b 积分器的偏置值差异增加到3.1%、噪声差异增加10.6%。 随着集成时间的增加、内部 a/b 积分器的偏置值差异增加到40%、 噪声差异为10.5%请从专业角度帮助分析上述获得的数据、尤其是 a/b 积分器的差值是否真实可信(我们能否理解 a/b 积分器存在差异、 这种差异与我们的上述测试结果一致、也许您可以直接帮助给出 a/b 积分器的差异、谢谢!) 此外、我们将根据上述测试结果继续向下测试。 请帮助我们评估测试方法是否合理? 感谢您的支持!  以上数据均在静态状态下进行测试(静态定义:ddc264输入端子通过10m 电阻与 GND 相连、无需信号访问)。 未来、我们将收集 ddc264的稳定数据、并评估开路状态下的芯片噪声和积分器差异(开路状态定义: ddc264输入端子与光电探测器相连、探测器放置在固定光强度环境中、等效且稳定)输入)测试 ddc264芯片的响应值和噪声      

     测试步骤如下:            

    1.将 EVM 的 ddc264芯片的输入连接电阻 替换为 PD。 PD 是一款16点光电检测器、PD 二极管阴极连接到 GND。 连接如下图所示;     

      2. PD 植入稳定的光强度环境,通过设置不同的增益和不同的积分时间来收集 ddc264芯片的输出信号;         

       3.通过收集数据信号来评估访问 PD 后 ddc264芯片的总体响应值和响应噪声。

     

    本致  

    李林恩

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    您好、Lynn、

    让我尝试研究一下数据、但我将在下一篇文章中回答一些问题。  

    同时、您能否以更高的分辨率上传表格? 我可能能够弄清楚它、但很难读出...

    谢谢!

    教育

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    您好、Lynn、

    我在您的解释帮助下尝试理解表中的内容... 如果我正确的话、第一行是噪声、第三行是偏移代码(您称之为"偏置值")。 其他行是什么? 让我们看看我是否可以在这里回答您的问题:

    "最短增益/积分时间为320us、噪声约为16.4、与手动6.5相比、ADC 值存在10个差异; 内部 a/b 积分器的偏置值和噪声差异分别为0.7%和0.4%、但增益最大[我认为您意味着0.2%、增益最低、范围最大]。 内部 a/b 积分器的偏置值差异增加到3.1%、噪声差异增加10.6%。 随着集成时间的增加、内部 a/b 积分器的偏置值差异增加到40%、噪声差异为10.5%"

    您是否检查了测量的可重复性? 即、这些结果是否始终相同? 正如您所说、环境噪声似乎很大、因此可能会使结果失真... 我唯一检查它的方法是查看20b 和16b 数据、百分比看起来并不相同。 我假设您采用不同 DDC 设置的数据(因此、在不同的时间)、但从数学角度来看、如果数据是可重复的、从20b 变为16b 可能不会改变百分比、而在您显示的数据中、则会改变百分比。

    此外、无论测量结果是对还是错、分析中只需注意一点... 您似乎尝试用百分比来量化内容... 但要执行此操作、您可能需要考虑偏移是相对于零输入输出的误差、它不是零、而是4096。 因此、偏置电压为3964.8-4096=131、而 B 偏置电压为4433.6-4096=337。 两个范围之间的增益差为12.5pC 至150pC、即系数12。 在较低的增益下、您会得到大约10个代码差(3838至3847)、因此、在较高的增益下、人们会期望大约120个代码、但您会得到337-131 = 206。 所以、有点高... 同样、我首先要确保结果是可重复的。

    当您转向更长的集成时间时、可能会发生几件事情。 首先、我不确定这对干扰采样有何影响、但从根本上说、A 侧和 B 侧同时被一个样本移位、因此这是一个样本时间上的差异将产生最终差异。 我认为、较长的集成度会使这种差异变得更大。 无论如何、随着集成时间的增加、失调电压不匹配也可能会增加。 原因本身不会被抵消、但随着集成时间的增加、任何输入电流(ibias)不匹配都会出现(其影响将更加显著)。 例如、随着积分时间的缩短、ibias 效应相对于偏移可能可以忽略不计。  

    通常、如果您希望有基线、我建议在断开输入的情况下在测试模式下测量物体。 这应从方程式中消除干扰、并使您全面了解您的预期、最佳情况。  

    我不知道用"固定光强度"来分析物体。 在这里的实验中、我们没有此类源、我不知道它们相关的漂移或噪声。 不过、我认为不匹配分析的漂移应该是可以的。 检查是否有东西从外部耦合(或例如、光源有噪声)的一个技巧是所有通道/PD 应同时看到相同的问题。 因此、将所有通道相加时、在时域中、逐样本应有效地降低峰间值、 如果光源具有某种噪声、这将同时显示在所有通道中、因此它不会在各个通道之间求平均值、而是随着通道数量呈线性增加并变得显而易见。

    此致、
    教育

  • 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。

    尊敬的 Edu:

    很抱歉、您的回复太晚了。我们还添加了一些测试和数据处理。 最初、我们计划在回复您之前完成补充测试并提供补充测试结果、但结果不符合预期。 我们为您提供上述问题的随附数据表。 请检查一下。 此外,如上所述,我们正在进行补充测试。 测试结果出来后、我们也可以进行通信。 感谢您的特殊支持!

    此致

    李林恩

  • 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。

    尊敬的 Edu,í a

    很抱歉、您回复的时间太晚了、主要是因为我们还添加了一些测试和数据处理。 最初、我们计划在回复您之前完成补充测试并提供补充测试结果、但结果不符合预期。 我们为您提供上述问题的随附数据表。 请检查一下。 此外,如上所述,我们正在进行补充测试。 测试结果出来后、我们也可以进行通信。 感谢您的特殊支持!

    李林恩

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    您好、Lynn、

    非常感谢您努力重新格式化表/数据。

    我不确定我是否记得。 当您说 EVM 时、您是指我们的板还是您的板? 您的数据是否表明、当您将检测器插入电路板时、噪声会降低? 这可能会起到屏蔽作用... (?) 您是否将一切都放在屏蔽盒中?

    不管怎样,将等待您的进一步结果:)

    此致、
    教育