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[参考译文] AFE5818：HPF 或直流补偿失真？

admin
Guru**** 2551640 points
Other Parts Discussed in Thread: AFE5818, AFE5818EVM

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/783963/afe5818-hpf-or-dc-compensation-distortion

器件型号：AFE5818
主题中讨论的其他器件：、 TSW1400EVM

您好！

使用我们自己的原型硬件在 TGC 模式下对"低频"信号进行采样时、我们遇到了信号失真问题。 我们启用 LNA HPF (200kHz 截止频率)和 PGA HPF。 INP 与15nF 交流耦合、INM 旁路为15nF。 我们不使用任何有源终端、但我们对有源终端引脚进行交流耦合、使其具有1uF 电容、因此我们可以利用输入电压钳位功能。

注入高于特定振幅的30kHz CW 测试信号、采样信号开始在振幅和失真方面消失(出现多个谐波)。 然而、使用示波器在 AFE INP 上测量的信号是一个干净的正弦波、因此 AFE 内部似乎有一些东西在发生。 禁用 LNA HPF 和 PGA HPF 似乎可以"解决"此问题、但由于非零直流电平、我们会失去有价值的 ADC 范围。

在我们看来、HPF /直流补偿电路很可能会导致问题。  顺便说一下、将 INM 上的旁路电容器从15nF 增加到1uF 没有帮助。

更详细地说、AFE 按照数据表中的电源序列进行初始化、包括硬复位、然后对以下寄存器进行编程：

0x000001 (软复位)
0x010014 (必须写入)
0x032000 (14位 LVDS)
0x040011 (MSB 优先、14位 ADC)
0x430000 (无时钟偏移)
0xc30018 (PGA HPF 关闭、LPF 10MHz)
0xc41000 (LNA HPF 关闭)
0x150000 (HPF 关闭)、
0x020080 (同步模式)

这里有一些 LVDS 时序/同步与我们 FPGA 中发生的测试模式...

0x020000 (正常采样)

0x000000 (ADD_OFFSET = 0)

0xc30008 (24dB PGA、启用 PGA HPF、10MHz LPF)
0xc4c200 (独立 LNA 增益、LNA HPF、1.5Vpp 输入钳位、无有源项。)
0xc50200 (低噪声和噪声系数模式)
0xc60200 (DIS_CW_AMP=1、TGC 模式)
0xc9aaaa (所有 LNA 12dB 增益)
0xcb0088 (EN_DIG_TGC=1、200kHz LNA HPF)
0xcd0000 (PGA_CLAMP 半轴= 0、SUPRESS 更高谐波= 0、V2I_CLAMP = 0、RED_LNA_HPF_3X=0)

对于一些不同的输入电平、我们在 AFE 输入端使用振荡器测量~30kHz 的干净正弦波、 但是、我们在采样数据中观察到的结果显示在下图中(其中显示的 I = AFE 通道16、Q = AFE 通道15用于部分采样序列、而 FFT 在整个序列上完成)。

输入~10mVpp：

image2019-3-15_13-30-32.png

输入~35mVpp (某些谐波分量开始更清晰地显示)：

image2019-3-15_13-30-48.png

输入~100mVpp (在这里、信号电平和谐波含量明显跳变)：

image2019-3-15_13-31-3.png

寄存器编程中是否存在我们所做的错误、或者 HPF/DC 补偿电路中是否存在一些我们无法理解的限制？

谢谢、

Christme.

  • 0
    TI__Guru**** 2551640 points
    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。
    您好、Christer、

    你过得怎么样？
    感谢您使用 AFE5818器件。
    您能否告诉我们您是否同时使用 AFE5818EVM 和 TSW1400EVM？
    此外、TI 网站上还提供了包括 AFE5818EVM 和用户指南在内的所有信息。

    www.ti.com/.../afe5818evm
    www.ti.com/.../slou430a.pdf

    然后、您可以使用 GUI 测试并检查斜坡测试模式
    AFE5818EVM 设置的更多信息。

    谢谢、此致、
    陈
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    TI__Guru**** 2551640 points
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    您好！

    我们没有 TSW1400EVM。 我们生产了自己的硬件、其中包括 AFE5818。 测试模式看起来正常。 根据我在上面的描述、失真问题可在~30kHz 范围内的信号中重现、而例如、~500kHz 的信号不会出现此问题。

    此致、
    Christme.

  • 0
    TI__Guru**** 2551640 points
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    我发布的图片对我来说看起来是坏的。 我将再次尝试在此处重新发布它们：

    输入~10mVpp：

    输入~35mVpp (某些谐波分量开始更清晰地显示)：

    输入~100mVpp (在这里、信号电平和谐波含量明显存在非线性跳变)：

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    TI__Guru**** 2551640 points
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    再次说明它。 这是在 TGC 模式下进行的、I 和 Q 是指 AFE 上的通道16和15。 这些是来自外部混频器(而不是 AFE CW 混频器)的 IF 信号。 FFT 频谱是复数 FFT (i + j*Q)。

    谢谢、
    Christme.
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    TI__Guru**** 2551640 points
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    失真仅在采样数据中可见、而不在 AFE 输入端的 IF 信号中可见。

    我们的寄存器编程是否有问题或 AFE 直流偏移补偿电路是否有问题？
  • 0
    TI__Guru**** 2551640 points
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    因此、我建议您尝试重现 TSW 设置的问题、请进行编程(在 LVDS 设置之后)：

    0xc30008
    0xc4c200
    0xc50200
    0xc60200
    0xc9aaaa
    0xcb0088
    0xcd0000

    然后注入30kHz 200mVpp 信号。 将 FPGA 平台(*非 TSW1400EVM*)连接到5818EVM 板时，我们能够重现此问题。 采样信号以相同的方式失真。 也许您可以使用 TSW1400EVM 进行复制？

    谢谢、

    Christme.

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    TI__Guru**** 2551640 points
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    您好、Christer、
    感谢您让我们看看这些图。
    是的、我将在此处了解您使用 AFE5818EVM 和 TSW1400EVM 的问题和设置
    以查看我们是否可以获得相同的结果。
    首先、为了快速检查、您可以设置 AFE5818的寄存器
    设置斜坡模式、然后设置何时可以接收输出数据
    从 FPGA 侧检查捕获的数据是否看起来像斜坡、而不会丢失任何代码
    (只需简单检查即可确保捕获的数据是否正常工作)。

    谢谢！

    此致、
    陈
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    TI__Guru**** 2551640 points
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    您好！

    以下是斜坡输出：

    请告诉我您的进展情况。

    谢谢、

    Christme.

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    TI__Guru**** 2551640 points
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    感谢 Christer、

    感谢您向我展示了解斜坡波形测试输出。
    捕获的输出数据看起来非常完美！
    谢谢！
    看起来您也使用14位模式
    因此、输出斜坡数据为0至16383。 对吧？

    谢谢！

    此致、
    陈
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    TI__Guru**** 2551640 points
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    是的、我们使用14位模式并获得14位输出范围。

    您是否能够使用 TSW1400进行测试？ 我们非常感兴趣的是、在启用了 LNA HPF 和 PGA HPF 的情况下、您是否在给定的测试用例中获得失真。

    谢谢、

    Christme.

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    TI__Guru**** 2551640 points
    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。
    您好、Christer、

    你过得怎么样？
    我们关注 AFE5818器件的超低频率(例如30kHz)输入信号运行问题设置。
    是的、我们也可以看到相同的行为、例如更高的谐波
    当从较高频率(例如1MHz)运行的输入信号下降到较低频率(例如200kHz)时。
    如果您使用 AFE5818EVM 或设置自己设计的电路板
    在 INMx 输入引脚旁路= 15nF 时。
    (注意：我们当前的 AFE5818EVM 板是通过使用15nF 设计的。)
    在这种情况下、输入信号可能无法正常工作
    低频时的噪声。
    请参阅第35页的 AFE5818数据表。
    因为通常对于使用 AFE5818器件的超声波应用、
    它不会向输入引脚使用非常低的频率信号。
    如果您需要运行此类低频输入信号、
    您可能需要将 Cbypass 更改为1uF。

    是的、我将在这里与系统工程师进行仔细检查
    并尽快通知您。

    谢谢你
    此致、
    陈
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    TI__Guru**** 2551640 points
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    您好！

    以 不同方式将旁路电容从15nF 更改为1uF 或对 LNA_HPF_PROG 或 RED_LNA_HPF_3X 进行编程不会影响*输入电平*上出现的谐波失真(以输入电压(Vpp)为单位)。 更改 Cbypass 或 HPF 编程只会影响 ADC 采样的电平。

    消除失真的唯一方法是完全禁用 LNA 和 PGA HPF。 如果启用了其中一个或两个 HPF、则会出现失真问题。 禁用 HPF 不是一个选项、因为产生的直流偏移电平太高、会因单个芯片和温度而异。

    数据表讨论了如何设置低截止频率(< 2kHz)、因此在我们看来、AFE5818无法在输入电压范围内正确处理30kHz 输入信号似乎不合理。 这就是我们希望我们对电路进行错误编程的原因。

    请让您的系统工程师确认这是否是未记录的硬件问题、或如何正确编程 IC 以解决该问题。

    谢谢、

    Christme.

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    TI__Guru**** 2551640 points
    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。

    您好！

    您能否分享您的测量结果和设置、以便我们确认看到的失真量相同？

    我们希望您的系统工程师解释一下为什么数据表中显示"器件的信号链可以处理低至10kHz 和高至50MHz 的信号频率"(第33页)、 因为文档中没有其他内容表明在较低频率下会出现性能下降。

    当然、我们仍然希望我们对 IC 进行了错误编程、您可以告诉我们如何解决该问题。

    谢谢、

    Christme.

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    TI__Guru**** 2551640 points
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    您好、Christer、

    感谢您为我们提供有关 AFE5818器件的更多详细信息和说明。

    是的、我们将与您分享我们的测量结果。

    请让我们有大约3天的时间来完成。

    我已将此消息通知我们的系统工程师。

    我们将很快答复您。

    谢谢、此致、

    陈

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    TI__Guru**** 2551640 points
    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。
    您好、Christer、

    你过得怎么样？
    在我们为您提供更多测量结果之前、
    以下是我们的系统工程师的一些建议：
    在您使用1uF 电容器(最初为15nF)更改 INM 输入引脚后、
    在数据表第131页的表72中、
    必须设置 PGA_HPF_DIS = 1
    (另见第15页)

    2．另见第132页，表74
    以确保 LNA_HPF_DIS (0=启用 HPF、1=禁用 HPF)

    和第142页、表89
    来设置 LNA_HPG_PROG

    和第143页、表91
    设置 RED_LNA_HPF_3X

    请按照以下步骤进行设置：
    在数据表第23页、图13 (另见第15页)
    最后设置 LNA_HPF_PROG 和 RED_LNA_HPF_3X 以使 HPF 变为低电压
    (截止频率为-3dB = 16kHz)

    到目前为止、我们在低频率信号下没有谐波测试报告
    例如30kHz、因此没有相关信息。


    非常感谢！
    祝你度过美好的一天！

    此致、
    陈


    在您更改 INM 输入引脚后、由于信号平衡
    1uF
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    TI__Guru**** 2551640 points
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    您好！

    我们尚未找到 LNA HPF 禁用/启用和 PGA 启用/禁用、 LNA_HPF_PROG 或 RED_LNA_HPF_3X 的任何有用组合。 除非禁用了 LNA 和 PGA HPF、否则始终会出现显著的失真(这不是一个实用的选择)。

    我们花了太多时间尝试不同的组合。 请向我们展示不会导致失真的测量值和设置、例如：

    * LNA HPF 启用
    * PGA HPF 启用
    10~100 kHz 时* Vin =>200Vpp

    谢谢、

    Christme.

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    TI__Guru**** 2551640 points
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    您好、Christer、

    是的、我们也进行了非常类似的测试、结果如下。

    在低 频率=113kHz 时测试信号。

    1) 1)我们 使用 LNA_HPF=Disable 和 PGA_HPF=Disable 并使用极低的频率输入信号进行了测试。

    测得的输出信号良好。


    2)我们使用 LNA_HPF=使能(LNA_HPF_PROG='10'、红色) LNA_HPF_3X=0进行了测试)

    PGA_HPF =禁用。

    测得的输出信号显示了大谐波(失真)(如客户所述)。


    因此、对于以极低频率(10-100kHz)运行的信号、

    请 设置 LNA_HPF_DIS=1和 PGA_HPF_DIS=1。

    谢谢！

    此致、

    陈

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    TI__Guru**** 2551640 points
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    您好！

    数据表中的任何地方都没有说明必须禁用高通滤波器功能才能使数据表中的规格有效、例如、要与30或113 kHz 信号正确配合工作。  

    相反、从数据表中可以看出：

    • 第1页："应用-声纳成像设备"
    • 第33页："凭借这种广泛的模拟频率范围、该器件可用于声纳和医疗应用。"
    • 第78页："此外、器件的信号链可以处理低至10kHz 和高达50MHz 的信号频率。 由于该器件的功能、该器件可用于各种应用(例如医疗超声波成像系统、声纳成像设备、雷达和其他需要极宽动态范围的系统)"

    这并不是仅禁用 HPF 的一个微不足道的问题。 在需要宽带宽和高动态范围的实际产品中、这根本不是可行的选择。  

    这是否意味着您承认 AFE5818设计不佳或不正确、并且验证失败？ 如果确实如此、您是否理解我们需要以客户为代价更换 AFE5818？ 数据表的发布日期为2015年、我们必须将此信息从您那里拖走？ 这不会让我们对选择其他 ADC 或 TI 的其他产品充满信心。

    请提供建议。

    / Christer

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    您好、Christer、

    是的、我会将您的建议转发 给其他工程师。

    我相信他们会给你更多的想法来解决这个问题。

    如果您不介意、可以给我发送电子邮件地址吗？

    再次非常感谢！

    此致、

    陈

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    TI__Guru**** 2551640 points
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    我已发出连接请求。

    谢谢、
    Christme.
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    您好、Christer、

    你过得怎么样？

    我们再次验证了您的请求

    包括 所有电阻器设置和寄存器设置、如下所示。

    您还可以看到我们的测量结果、如下图所示。

    (所有正确的设置都显示在两个红色框中。)

    1) 1)对于极低的输入信号频率：

    必须进行以下设置：

    确保使用0.1uF 电容连接 INP

    确保使用1uF 电容器连接 INM

    设置 LNA_HPF_DIS=0 (这有助于减小通道间的失调电压差异)

    设置 PGA_HPF_DIS=1 (此 HPF 仅用于输入高频率信号)

       下面显示了两个框：

    您可以看到、如果 PGA_HPF_DIS=0、则信号可以生成更高的谐波

    因此、请关闭 PGA_HPF 以避免此问题。

    禁用 PGA_HPF 后、您可以看到输出数据 工作正常。

    2)我们使用了无源终端 Rt=50欧姆(如下图所示)。

    如果可以、请尝试一下。

    希望这次您可以看到您的测量结果与我们在这里测量的结果一样好。

    非常感谢！

    此致、

    陈

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    您好！

    感谢您的输入。

    我们还得出结论、LNA HPF 很糟糕、但不如 PGA HPF (这真的很糟糕)、但即使是禁用 PGA HPF 的 LNA HPF 也无法提供可接受的性能。 当然、有两种明显的方法可以降低 HPF 失真效应：关闭 HPF (LNA_HPF_DIS=1)或选择接近或高于截止频率(100kHz)的输入信号频率。 这就是您刚才向我们展示的、通过有效地绕过大部分 HPF、失真当然会降低。

      任何阅读数据表的客户都期望 HPF 在整个 LNA 输入范围内具有功能性和线性、因为没有任何信息表明相反的情况。 开发方式使我们失去了最初的希望、即最终会出现配置错误 现在、它看起来是糟糕的硬件设计、更糟糕的是这些缺点的文档记录。

    从数据表中："器件的信号链可以处理低至10kHz 和高至50MHz 的信号频率"。  因此、请向我们展示一种使用 10kHz 输入信号实现可接受 HPF 失真性能的方法。

    / Christer

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    您好、Christer、

    你过得怎么样？
    我们的工程师已与应用工程师联系
    他很快就会回复您。

    非常感谢！

    此致、
    陈
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    TI__Guru**** 2551640 points
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    您好！

    我们已设法通过我们所在国家/地区的 TI FAE 获得进一步的支持、但我将为任何其他与 AFE5818有困难的客户留下最后的评论。

    我们和 TI 的共识(基于此处提供的所有测量结果并通过直接接触)似乎是 PGA HPF 无法处理低于80kHz 截止频率的任何显著信号振幅、或者它将变为香蕉(我说香蕉、因为它不是简单的"失真"问题、 当 PGA HPF 开始生成一整组不相关的信号内容时)。 总之、这使得 PGA HPF 相当无用、必须将其禁用。

    但是、我认为我们在 AFE5818上花费了这么长时间、主要原因是基于不良的 PGA HPF 实施、我们很可能会将主测试板上的外部硬件故障(可能是 BGA 焊点损坏)误认为是 AFE5818实施的另一个问题。

    因此、要在 TGC 模式下使用 AFE5818、我们得出结论：
    *禁用 PGA HPF
    *通过以下方式将 LNA HPF 截止频率降低至几 kHz：CBYPASS = 1uF、Cin = 100nF
    *实现外部 HPF。 我们通过由运算放大器级隔离的串联电容器实现了这一点(因为增加 Cin 会直接导致 AFE5818运行不稳定)

    谢谢、
    Christme.