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[参考译文] ADS8881:针对噪声滤波器的硬件设计提供建议

Guru**** 1125790 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS8881, INA317, INA819, INA818, OPA365, INA331, REF6050
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/798608/ads8881-advises-on-hardware-design-for-noise-filter

器件型号:ADS8881
主题中讨论的其他器件: INA317INA819INA818OPA365INA331REF6050

尊敬的 TI 支持:

我正在设计一个定制原型板、以使用 ADS8881从输入中读取 ADC。 我附加了下面的原理图。 我的问题是、读取 ADC 时有太多噪声;当我将2个输入短接在一起(ADS8881前面的运算放大器的2个输入)时、数据仍然不稳定、我得到的值为0x3D090到0x2328。 对于原理图中的 C7电容器、我将其替换为4.7uF。 我对硬件设计不太满意。

我在 SCK 线路上使用50MHz 时钟、每隔100us 从 ADS8881通过3线 SPI 模式读取一次数据、我希望芯片尽快工作。 您能给我一些关于我的设计的建议吗、我是否需要添加任何组件或任何类型的滤波器?

谢谢、此致、

  杜伊  

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    杜伊、

    1. 您提到您希望尽快读取 ADS8881。 ADS8881的最快数据速率为1Msps。  但您将数据转换器的输入端连接到 INA317。 在您的配置中、INA317增益为100。 增益为100的 INA317的带宽为3.5kHz。   为什么要以如此高的数据速率对来自 INA317的低频信号进行采样? 通常、您会将 ADS8881采样率降低到更接近放大器带宽的速率。
    2. 您看到的“噪声”可能是 SAR ADC 上的趋稳误差。 为了稳定、您需要选择带宽足够宽的放大器、然后您需要正确选择 RC 输入滤波器(设计中的 R1、R3和 C7)。 在您的情况下、较大的 C7值(0.1uF)以及较小的 R1和 R3值(看起来是零欧姆)可能会导致 INA317变得不稳定。
    3. 我强烈建议您使用指导手册电路作为设计的基础。 这些是我们汇总在一起的设计示例、可帮助您尽快更正电路。 我认为 采用缓冲式仪表放大 器驱动开关电容器 SAR ADC 的电路非常接近您的需求。 请注意、该示例中的 INA 后跟一个运算放大器缓冲器。 我想您的设计中会用到它。
    4. 我还强烈建议您使用 ADS8881EVMDIP 适配器 EVM。 您可以在试验电路板上构建放大器电路、并将其连接到 ADS8881EVM 的输入以检查性能。 我认为您应该这样做的原因是、您可以将软件/固件设计部分与硬件设计部分分离。
    5. 我建议您观看 运算放大 器和 数据转换 器精密实验室视频培训。 这是很多材料、但我认为这可能对您有利。 具体而言、对于 SAR 数据转换器、您需要了解 SAR ADC 输入组件选择。 本节介绍了选择具有正确带宽的放大器和选择 RC 滤波器电路的重要性。
    6. 我没有对您的电路提供任何具体的建议,因为您需要确定要运行的采样率,并且需要考虑放大器的带宽。 如果您选择此选项、我可以提供电路建议。

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    尊敬的

    首先,我要感谢你的友好答复,我对你提供的链接有了更好的看法。  

    6.我没有就您的电路提供任何具体建议,因为您需要决定要运行的采样率,并且需要考虑放大器的带宽。 如果您选择此选项、我可以提供电路建议。   

    =>为此、我每 秒至少采样128 * 5000 = 640000个样本(每200us 采样128个样本)、对于我更喜欢100kHz 带宽的带宽、可以吗?  

    谢谢、此致、

           杜伊

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    杜伊、

    1. 我建议您使用 INA818或 INA819。 这些器件将以100的增益为您提供270kHz 的带宽。 您的原理图显示增益为100、因此我假设这是您想要的增益。 还有许多其他 INA 满足带宽要求。 我选择 INA818/INA819、因为它是一款具有良好成本/性能平衡的新器件。 如果您有其他需要的关键规格、请建议另一种选择。 但是、请确保 最小增益规格下的带宽(单击查看列表) 大于1MHz、并确认增益为100的带宽大于100kHz。
    2. 采样率的相关信息。 SAR ADC 的输入端具有开关电容器电路、可产生瞬态电流尖峰。 驱动 SAR 的放大器需要响应这些尖峰、因此通常放大器的带宽大于采样率(即通常为20倍的采样率)。 如果要使用100kHz INA 驱动以640ksps 运行的 SAR、则需要在 INA 的输出端具有宽带宽缓冲器。 例如、 请参阅《采用高增益仪表放大器驱动 ADC 的电路》或《采用缓冲仪表放大器驱动开关电容器 SAR ADC 的电路》。 如果您不需要这个额外的缓冲器、则需要降低采样率。 请确认您是否更喜欢缓冲器或降低采样率。

    此致、

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    尊敬的

    再次感谢您的回复、我更喜欢缓冲器、但是否有任何更高带宽的运算放大器与采样率的20倍匹配? 我希望简化原型设计、将来我一定会将其升级到缓冲器。 我的增益为100、不会改变。 对于 INA818/INA819、我想我必须等待一段时间才能购买它们、因为它们目前不可用。

    此致、
    杜伊

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    杜伊、

    1. 随附的是一个功率点文件、其中显示了建议的电路和仿真结果。
    2. TINA 文件嵌入到演示文稿中。 如果您有 TINA TI、只需单击即可打开文件。
    3. 我建议使用不同的 INA (INA317)。 我更改建议的部分原因是 INA317针对5V 工作电压进行了优化、而我建议的另一个器件针对+/-15V 工作电压进行了优化。 此外、您还提到您目前还无法购买器件(您可以获取样片)。 在任何情况下、INA317都具有足够的带宽、并针对5V 运行进行了优化。 需要记住的一点是、INA317 (以及许多其他 INA)具有线性输出摆幅与共模限制。 对于该器件、在5V 电源下、输出摆幅限制为20mV 至3.8V。
    4. 请注意、大多数 INA 没有很宽的带宽。 此外、许多器件经过优化、可由+/-15V 电源供电运行。 因此、带宽为100kHz、增益为100V/V 且采用5V 电源的器件的选择受到限制。
    5. 该功率点显示了 ADC 电荷反冲的瞬态趋稳。 中吸收这些瞬态所需的缓冲放大器(OPA365)、因为 INA 将没有足够的带宽来执行此操作。
    6. 功率点显示预期噪声(2.6mVrms 或16mVpp)。 与转换器的1LSB 相比、这是一个相当大的噪声。 但是、这对于高增益 INA 来说是相当典型的。 进一步降低噪声的唯一方法是进一步限制带宽。
    7. 但愿这对您有所帮助。

    此致、

    艺术

    e2e.ti.com/.../ina-_2B00_-opa365-_2B00_-ads8881.pptx

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    尊敬的

    我获得了开发所需的所有信息和材料、非常感谢您的支持。
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    尊敬的

    只需确保 OPA365和 INA317具有相同的 V+= Vref 和 V-= Vref/2。
    对吗?

    谢谢你。
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    Tran、

    INA331上的 REF 引脚用于转换信号。  这应该被连接至 Vref/2。

    2、INA331上的正电源被连接至一个等于 Vref 的电压。  在示例电路中、我展示了5V。  注意:我会使用 LDO 生成电源、使用 REF6050生成 ADC 上的基准电压。

     INA331上的负电源为0V。

     4、放大器的正电源为 Vref (5V)、负电源为0V。  同样、我建议您为电源使用 LDO、为 ADC 上的基准输入使用电压基准(REF6050)。

    5、 下面的附件中有这个电路的完整原理图和 TINA 文件。

    e2e.ti.com/.../ina-_2B00_-opa365-_2B00_-ads8881-_2800_1_2900_.pptx