[参考译文] ADS1220：ADS1220：模拟电源的测量变化

Clive、您好！

欢迎访问该论坛、感谢您查看 ADS1220。  相对于电源电压、测量值会有一些下降。  在数据表中、这被指定为 PSRR。  至于您的图表和说明、我不确定我是否完全遵循您的描述。  查看原理图、所有寄存器设置 和原始数据会有所帮助。  了解称重传感器的灵敏度、重量限制 以及是否提供任何负载也会有所帮助。

此致、

Bob B

尊敬的 Bob：

非常感谢快速响应。

是的、我在发布后意识到、我只提供了一半的故事。 该原理图与数据表中给出的电阻式电桥测量示例基本相同(第9.2.3节)。 主要区别在于、我在参考 P1上有一阶滤波 器(与 RF2和 Ccm2匹配)、激励和模拟电源来自电池电压。

寄存器设置为：

reg0 - 0x3E

reg1 - 0x94

reg2 - 0x88

reg3 - 0x00

亮点在于、它在 PGA 设置为128的情况下以660Hz 连续模式运行。

显示的值是将原始数据直接转换为毫伏/伏(原始数据除以1073741.824)。 在图表中、我将在每个施加的端子电压值上取平均值、采样值超过几百个。

该信号由设置为-2.5mV/V 的称重传感器仿真器提供、因此不会改变。 在此配置中、ADC 的最大输入灵敏度为+/- 7.8mV/V

我一直考虑电源上的噪声纹波、而不是电源电压的绝对值、而是 PSRR。 我原本希望随着 SNR 降低、端子电压发生变化时噪声水平会略有增加、但我不希望平均值发生变化。 尤其是因为它是一个比率度量测量。

我将使用 PSRR 来遍历一些数字、并查看它们的位置。 如果您有任何建议、请告诉我。

Clive、您好！

感谢您提供相关信息。  我仍然不确定 您是如何实际应用计算的。  考虑 系统相对于原始代码输出的性能总是很容易。   计算出的输出可能会对实际发生的情况有所误导。  

通常、您会考虑相对于交流抑制的电源抑制。  直流变化本质上是一个非常慢的交流信号、其中仅考虑一半的周期。  几  年前、我在不太一样的设置下研究了直流代码转换。  基本上、存在许多问题。  当您更改 AVDD 电压时、PGA 的失调电压误差和 增益误差将略有变化。  ADS1220数据表(图5和6)中有几个增益误差图、显示了温度和2个不同电源电压下的增益误差。  由于 PGA 与模拟电源直接相关、因此比例式测量不会影响 PGA 性能。

我还使用 与您的 ADS1220EVM 配置类似的设置运行了一些其他测试。  遗憾的是、微控制器的电平转换器不会让我低于2.8V。  在我之前的测试中、我没有考虑到噪声对测量的影响。  在我之前的测试中、我在调整 AVDD 时使用了恒定基准电压。  我还使用增益1。  在 这些测试中、我没有看到噪声对测量的影响。

对于 ADS1220、短路输入测试为 ADC 提供了最佳的噪声情形。  这是转换所固有的、与电源电压几乎没有关系。  在数据表中、我们使用3.3V 的模拟电源来指定噪声。   使用称重传感器仿真器时、我能够实现噪声的数据表性能。  如果噪声保持大致相同、但基准值降低、则实际噪声代码数量将会增加。  根据采集期间的噪声分布、即使测量是比例式的、也可能会发生漂移。

另一个可能导致轻微误差的因素是低侧开关。  电阻很低、但随着 AVDD 的降低、电阻会略微增加。

计算结果时、您是否首先校准 ADS1220并考虑了偏移和增益误差？  您使用什么 AVDD 电源电压作为计算标准？  在我的测量结果中、3.46V AVDD 和2.86V 代码268720的平均代码值(512个样本)为2687696。  在两个电源电压之间、我看到 代码差异、这完全在噪声级别内。

此致、

Bob B

尊敬的 Bob：

我至少很高兴听到您尝试时的表现很好。 如果我可以把这个变化降低到大约50个计数、我会很高兴。

我已经介绍了您在上一次回答中提出的一些问题。 它似乎与电源开关没有任何关系。 我在 AIN3/REFN1和接地之间短路、以消除任何变化、效果相同。

我尝试过多种不同的数据速率和配置、这确实会产生影响。 真的不知道为什么原始曲线的数据是：

随后、我使用不同的数据速率在90SPS 下运行了一些测试、并获得了以下结果：

我要指出的是、上面给出的值没有任何平均值。 这只是直接来自 ADC 的原始值。

我还尝试分离电源。 如果我将模拟 Vdd 保持在固定水平并改变电路板其余部分的电源、则没有问题。 如果我将电源固定到电路板的主要部分并改变模拟 VDD、则更改返回。

我还尝试移动激励的馈入点、使其与模拟电源处于同一个点、但我仍然具有相同的变化。 我仍然不明白当您看到30时、如何在 ADC 上获得高达850个计数的变化。

Clive、您好！

也许我在之前的解释中不清楚。  代码差异的结果基于512个样本的平均值。  噪声实际上非常高、因此、如果您采用任何单独的点、您可能会看到数百个代码在下一个点发生变化。  查看 ADS1220数据表中的表5。  表中的值基于短接输入、其中基准值的影响很小。  这些数字是最佳情况编号。  请注意、在660sps 时、峰间噪声为2.93uV、在90sps 时、峰间噪声为690nV。  3.3V 基准的单个代码每个代码的值约为3.1nV。  但是、2.4V 的1个代码的值将大约为2.2nV。

根据您的数据、不清楚平均值与您看到的代码移位量之间的关系。  ADS1220的较低数据速率与平均值计算具有相似的影响。  Δ-Σ 转换 器是一款过采样器件、可将量化噪声推入更高的频率、然后通过抽取来滤除噪声、类似于低通滤波器。   带宽越高、噪声越高。

  3.3V 基准和2.93uVpp 噪声的代码扩展 将是953个编码(660sps)、并且90sps 的噪声代码将为224个。  在2.4V 基准电压下、由于基准值减小 、LSB 尺寸减小、代码扩展将增加。  代码扩展现在将分别为1310代码和308代码。  使用高斯噪声时、代码偏移可能与平均值相当大。  通过比例式测量、平均值代码应在整个电源范围内保持相对接近、但实际值可能会偏离3.3V 时的平均值+/- 476个代码、2.4V 时高达+/- 655个代码。  这些结果基于短路输入、不会反映由 EMI/RFI 或电力线周期噪声引起的任何额外噪声。

我建议获取大量数据来确定每个电源电压设置的平均值、然后计算从平均值到一个电压设置的偏移量。

此致、

Bob B

尊敬的 Bob：

我想我需要回到数据的开头。 我已将系统设置为以2Hz 的频率输出数据。 在连续转换模式下、ADC 以每秒90个样本的速度运行时、每个数据点都被采集。 该微控制器正在控制 ADC 、并在16个 ADC 读数之间求平均值并传输这些读数。 在采集16个样本后、ADC 被置于停止模式、直到传输周期结束。  我的监控软件正在收集此数据、并从测量中计算平均位和无噪声位。

我收集了以下两组数据、其中平均了30秒的数据(60个数据点)。 从电路板传输的数据在50个 ADC 计数内无噪声。 这实际上是960个样本每秒90个样本中的平均值。

2.5mV/V 时、I 获得：

在2.5mV/V 时、I 获得：

在2.6伏左右的数据中、似乎有一个非常奇怪的特性。 我已经尝试了我能想到的一切、尝试将其删除、但没有成功。 我真的很困惑、为什么该功能因 ADC 的输入而异。 我本来以为这样的神器会是一样的，无论输入是什么。

Clive、您好！

当您说 ADC 处于"停止模式"时、是否发出 POWERDOWN 命令？  如果是、则在重新启动时模拟稳定可能会出现一些问题。  我还注意到、原理图中 的 AVDD 和 DVDD 之间有一个铁氧体。  铁氧体中有足够的电感、可在上电时使 ADS1220达到所需的电流。  如果您想在 DVDD 和 AVDD 电源输入之间添加一些滤波、我建议将铁氧体替换为1至10欧姆范围内的小电阻值、以便与电容器 C6和 C7配合使用、充当低通滤波器。

随着模拟电压的变化、PGA/调制器可能会有一些偏移漂移。  您可以使用内部对(AVDD-AVSS)/2短路作为多路复用器选择来检查此情况、并查看此偏移是否随电压变化。

为了让我自己检查这一点、我必须修改电路板以以以正确的方式提供电源、以免影响电平转换器。  我会尽快处理这个问题、但可能需要一两天的时间。

此致、

Bob B

尊敬的 Bob：

好极了。 我很高兴能够解释这一点，并有办法加以解决。 我仍然没有决定如何在固件中高效地对其进行编码、但我昨天进行了一些测试、在整个电源范围内、它使我的电压降至0.2uV/V 以内。 这足以满足我的目的。

我是否可以建议、如果您不使用固定模拟 VDD 电源、可能需要在数据表中添加一个概述偏移测量的部分、也许还可以添加 OPA314数据表中概述的信息。

我认为还有另一个具有电源电压的线性元件、如果我实现该电压、我将使我降低到0.05uV/V

非常感谢你的帮助。

Clive。

Clive、您好！

这尤其不会对您有所帮助、因为您使用的是多路复用器输入、 但我的一位同事向我建议、也可以通过多路复用器交换输入以反转输入极性(AINP 和 AINN)、 从而通过对这两个结果求平均值来实现偏移斩波、从而消除偏移。  这可能对读取此线程的人有所帮助、因为该线程可能会使用输入组合、在该组合中、他们可以通过多路复用器交换输入。  

此致、

Bob B