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[参考译文] ADS122U04:ADS122U04

Guru**** 1641220 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS122U04, ADS1220, ADS122U04EVM, ADS124S06, ADS1219
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/748968/ads122u04-ads122u04

器件型号:ADS122U04
主题中讨论的其他器件: ADS1220ADS124S06ADS1219

大家好、我对 ADS122U04 EVM 的原理图有疑问。  对于下面显示的2线 RTD 设置、原理图 R79中有一个电阻器、显示为3.4K 值电阻器。  EVM 用户手册指示可能需要根据 IDAC 输出电流和产生 VREF 电压的 R77值(EVM 上为4.7K)进行更改。  不清楚如何根据对 IDAC 输出电流所做的更改来确定 R79的合适值、从而更新 R77值来创建所需的 VREF 电压?

是否有人可以帮助计算确定正确的值并帮助理解该电阻器的用途?  EVM 手册 Sect 5.1.1中的注释表明、R79是在使用 PGA 增益时保持适当的共模电压、但我对此的理解并不十分清楚。  我了解什么是共模以及这方面的 PGA 要求。

我的具体细节是

使用 ADS1220

IDAC = 10或50uA、具体取决于我们的特定 NTC 热敏电阻

不过、AVDD = 3.3V 可能需要将其升高到更高、以满足 IDAC 合规性。

任何见解都将非常有帮助和受欢迎...

此致、

弗兰克

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    我还应该补充一点、我目前正在计划以下参数...
    IDAC = 50uA
    R77/R78 = 48K 以生成2.4V VREF

    在 EVM 原理图中、R75 (4.7K) AIN3输入电阻器也与 R77/R78匹配。 我是否应该将输入电阻与 R77/R78值匹配、并相应地调整电容值以保持类似的 RC LPF? 我认为 R75值与输入 RC 滤波器无关、而不是与 R77/R78值匹配、但不确定是100%吗?

    此致、
    弗兰克
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    您好、Frank、

    ADS122U04EVM 使用高侧基准进行比例式测量。  RTD 测量指南提供了有用的信息和说明、可在以下位置找到:

    http://www.ti.com/lit/pdf/sbaa275

    3.4k 电阻器用于将输入电压偏置到 PGA 的正确共模输入范围。  通常、您希望以大约中 AVDD 电源为目标、以设置传感器共模。  基准电阻器需要足够大、以便为所用的 IDAC 电流建立至少0.5V (最小外部基准输入)的电压。  IDAC 电流路径的总压降必须满足 IDAC 合规电压(AVDD-0.9V)才能保持恒定电流。

    所示电路适用于 RTD、但您稍后将介绍热敏电阻。  如果不知道所测量温度范围的热敏电阻电阻范围、给出特定电阻值就会更加困难。

    此致、

    Bob B

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    尊敬的 Bob:
    提出相同问题的另一种方法可能是让我们采用与《ADS122U04 EVM 2线 RTD 用户指南》中所述的完全相同的情形。

    PT100 RTD
    IDAC = 250uA
    R77 = 4.7K

    您能描述一下 R79的3.4K 值是如何推导出来的、以及如何从该3.4K 值推导共模电压吗?

    此致、
    弗兰克
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    其中、我不清楚如何处理4.7K 输入电阻器和3.4K 偏置电阻器之间被拆分的 IDAC 电流。 即-是否应该假定 ADC 输入为高阻抗、电流主要通过3.4K 电阻器来产生共模电压? 或者???

    弗兰克
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    您好、Frank、

    我们的帖子重叠了。 您唯一需要更改的电阻器值是 R78和 R79。 其他电阻器用于对 ADC 输入进行电流限制和噪声滤波。

    2.4V 基准电压太大、除非您计划为 AVDD 使用5V 电压。 计算最大的热敏电阻电阻、然后从此处开始工作。 您的热敏电阻最大值是多少?

    此致、
    Bob B
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    您好、Frank、

    我们会同时发送数据。 ADC 输入为高阻抗。 将此输入视为 NAS 最坏情况。 IDAC 电流路径通过基准电阻器(R78)、传感器、最后通过 R79到达 AGND。

    R79为3.4k、基于3线 RTD、电流为250uA + 250uA、流经 R79。 当使用3.3V AVDD (在本例中约为中点 AVDD)时、这将产生大约1.7V 的偏置传感器共模电压。 对于2线制情况、它将大约为0.85V。 这里的关键是、如果启用并使用 PGA、即使增益为1、AIN3输入也必须至少比 AGND 高200mV。

    希望这更有意义。

    此致、
    Bob B
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    嘿 Bob、感谢所有回复。 是的、在阅读 RTD 指南之后、您为我提供了链接、我意识到我需要将 VREF 设置在1.65V 左右、因为它现在的 AVDD = 3.3V。 该设计的特定热敏电阻尚未固化、但通过昨天晚上的一些第一手计算、当 AVDD = 3.3V 时、以下情况似乎可以很好地工作...

    NTC
    10k @ 25deg C
    B25/B85 = 3435
    IDAC = 10uA

    产生的
    R-40 = 248、277欧姆:Vinput = 2.48 G=1
    R105 = 874 Ω :Vinput =8.74mV G=1;1.12V G=128

    我的方向是否正确? 这是否让您更好地了解我之前关于 R79计算的问题? 仍然不确定如何评估 R79产生的电压? 即-是否应假定所有 IDAC 电流都流经 R79以获得它将产生的 VCM? 如果没有、我们如何考虑将通过 R75流入 ADC 本身的 IDAC 电流?

    此致、
    弗兰克
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    您好、Frank、

    考虑流经 R79的所有电流。 进入 ADC 的偏置电流非常小、但与 IDAC 电流相比、偏置电流非常小、您可以在计算时忽略此值。

    我不确定我是否完全遵循您的计算。 本质上、您需要进行比例式测量、其中 ADC 的代码与热敏电阻与基准电阻之比相关。 您可以这样做、因为 IDAC 电流对两者都是共用的。 一个代码(LSB)与 ADC 的满量程范围(FSR)和总可用计数相关。 FSR =+/-VREF/GAIN (2^24 - 1),其中 VREF 为 Rref*IDAC。 传感器的电压为 Rtherm*IDAC。 Rtherm = Rref (ADC 结果)/(2^23)/增益。

    R79不是转换计算的一部分。 它的唯一目的是使传感器在启用 PGA 时提升(或偏置)到适当的共模输入范围。

    此致、
    Bob B
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    您好、Frank、

    让我在 Bob 享受休假时光的同时在这里帮助他。 我意识到这个答案有一点长。

    如果您只担心热敏电阻测量(或双线 RTD 测量)、我实际上建议使用一个将基准电阻放置在热敏电阻低侧的解决方案。 这将使事情变得容易得多。

    在 ADS122U04EVM 上、我们使用高侧基准电阻器(=R77)。 这种实现方式通常更适合测量3线 RTD、因为它可以获得稍好的性能。

    对于2线和4线 RTD 以及热敏电阻测量、在高侧放置基准电阻没有真正的好处。

    在高侧使用基准电阻器实现的一个缺点是、您需要在低侧使用偏置电阻器(R79)、以便将热敏电阻/RTD 上的信号电平转换到 PGA 的共模电压范围。 这也使得在使用3.3V 电源时满足 IDAC 工作的余量变得更加困难。

    正如 Bob 之前提到的、进入 ADC 输入的输入电流通常可以忽略不计。 我现在不会担心这些问题。 根据您的温度测量精度要求、您可能需要在任何情况下进行偏移和增益校准、以校准它们引入的潜在误差。

    那么、让我们来计算您需要为基准电阻器选择的值。 让我们首先推导将 ADC 代码转换为热敏电阻电阻值的公式。

    ADC 将来自 PGA 的差分输入信号与其基准电压进行比较、并提供一个表示两者之间比率的输出代码:
    CODE/2^24 =(V_IN *增益)/(2 * V_REF)。

    V_IN 是热敏电阻两端的压降:
    V_IN = I_IDAC * R_Thermistor

    V_REF 是基准电阻器(R_REF)上的压降:
    V_REF = I_IDAC * R_REF

    其中:
    CODE/2^24 =(R_Thermistor *增益)/(2 * R_REF)。

    您可以使用此关系根据测得的 ADC 代码计算 R_Thermistor。

    从数据表规格中、您将看到 V_IN <= V_REF /增益、或者换句话说、R_Thermistor <= R_REF /增益。
    对于热敏电阻测量、通常实际使用增益= 1。 这意味着您的 R_REF 需要大于要测量的最大热敏电阻值。 248kOhm。
    在这种情况下、我们首先选择 R_REF = 250kOhm (或接近但至少大于248kOhm 的值)。

    当 I_IDAC = 10uA 时、这将产生2.5V 的基准电压。 这在3.3V 电源下不起作用。 这意味着我们确实需要切换到5V 电源、但正如我们将在稍后看到的、这也不起作用。
    使用 AVDD = 5V、I_IDAC = 10uA 且 R_REF = 250kOhm 时、热敏电阻两端的最大差分电压为2.48V。
    R_REF 和 R_热 敏电阻串联(无论我们使用低侧还是高侧 R_REF 方法)、这意味着我们将在 T=-40°C 时在两个电阻器上产生(2.5V + 2.48V)= 4.98V 的压降 这将不会为 IDAC 的工作留下任何余量。

    结论是、ADS1220/ADS122U04无法使用电流激励在低至-40°C 的温度下进行10kOhm NTC 测量、因为我们不能提供足够小的 IDAC 值。
    因此、您必须选择电压激励方法、大多数客户无论如何都要选择该方法来进行热敏电阻测量。

    有多种方法可以实现这一点。 例如、ADS124S06提供了一种非常方便的方法来实现它、因为该 ADC 提供缓冲的2.5V 电压基准输出、可用于激励热敏电阻。 下面是电路的外观(未在输入上显示任何 RC 滤波器)。

    我通常使用以下公式来查找 R_BIAS 的最佳值:
    R_BIAS^2 = R_Thermistor_min * R_Theristor_Max = 874 Ω x 248.277k Ω

    这意味着设置 R_BIAS = 15kOhm。

    根据输出代码计算热敏电阻值的关系如下:
    CODE/2^24 =(V_IN *增益)/(2 * V_REF)。

    我们将再次在此处使用增益= 1、对于 V_IN、请使用以下电阻分压器公式:
    V_IN = V_REF x R_热 敏电阻/(R_热 敏电阻+ R_BIAS)

    这将得出:
    CODE/2^23 = R_Thermistor /(R_Theristor + R_BIAS)

    使用 ADS124S06的解决方案可能会提供最佳性能。 但是、您也可以将更便宜的解决方案(如 ADS1220或 ADS122U04)与模拟电源(或外部电压基准)一起用于激励热敏电阻。 例如、我在 ADS1219数据表应用部分中介绍了该解决方案。

    此致、

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    您好、Joachim/Bob、

     感谢您的回答。  我想得到一个快速的答复,让你知道我还没有失踪,被其他一些东西拖走了。  我将在本周再次回到这个话题、以获得解决方案和解决方案、以便我可以提出更多问题、但从您的回答来看、我认为我将由您处理我提出的两个问题 与明天一起讨论或有疑问...

    谢谢、

    弗兰克

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    非常感谢 Frank 的更新。

    不断提出问题。 我们随时为您提供帮助。

    此致、
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    您好、Frank、

    我没有听到您的反馈。 我假设您能够解决您的问题,我将关闭此主题。 如果仍有问题、只需在下面发布答复(如果该线程由于超时而锁定、则创建新线程)。

    此致、
    Bob B

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    您好、Joachim/Bob、

     因此、我已经回到这个问题、并选择了几个10K NTC 热敏电阻、它们将非常适合我们。  在将原理图提交给其他人进行审阅之前、我的问题是、如您所示、将 RBias 电阻器放置在热敏电阻顶部与放置在热敏电阻下方是否有任何优势?  似乎它是放置在顶部还是底部、在 NTC 上仍然以相同的方式进行分频器测量、但可能我缺少一些东西。  最初、我将 RBias 放置在 NTC 之上、在此期间、我计划使用 ADS1220 AIN3/REFN1输入上的负载开关来最大限度地减少 NTC 中的自发热、并在我们不进行测量时最大限度地减少电流消耗...

    从 TH+_OUT 和 TH-_IN 下方的快照可以看到、电缆的端部将有 NTC 热敏电阻、而 TH-_IN 是信号环路的返回路径。   

    你们中的任何人都认为应该更改什么?  我将稍微更新 R-C 滤波器、以将 R14的值减小到更接近 ADS1219数据表中显示的值。

    此致、

    弗兰克

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    您好、Frank、

    NTC 是位于高侧还是低侧并不重要。
    如果您通过 NTC 或 RREF 上的 ADC 测量电压也无关紧要。 它都只是一个电阻分压器。

    请记住、您必须在配置中绕过 ADS1220或 ADS122U04的 PGA。

    如果您希望使用 PGA 略微增加输入阻抗、则必须使用小于 ADC 模拟电源的激励电压、然后如我在前一张图中所示以差分方式测量上部电阻器上的电压。
    但我会先尝试您的设置。

    RC 滤波器。 请遵循 ADS1219数据表第9.1.4节中的指南。
    如果您不需要串联电阻器来保护 ADC 输入免受过压影响、那么我会使它们相对较小。

    此致、