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[参考译文] ADC 信号链调整

Guru**** 653550 points
Other Parts Discussed in Thread: INA241A, OPA320, ADS8860, REF6050, ADS1220, TINA-TI, INA296A
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/1189402/adc-signal-chain-adjustment

主题中讨论的其他器件:INA241AOPA320ADS8860REF6050ADS1220TINA-TIINA296A

尊敬的女士们:

我想转换10秒的 PWM 信号。 T_ON 和 t_OFF (总共20秒)、放大到大约1V 至4.5V 的范围内。

放大信号中将添加缓冲器和 RC 滤波器。  

分辨率应为18至20位、以便放大的信号具有高精度。 因此、应 重点关注低噪声的 shoud。

因此、我需要足够的 ADC。

我倾向于使用 经过直流优化的 ΔΣ μ A。

您是否有任何关于查找 ADC 及其匹配比较器的建议?

感谢你的帮助。

此致

Oliver Makan

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    您好、Oliver、

    您需要多久对 PWM 信号进行一次采样?它是单通道应用、还是需要转换多个 PWM 信号?  

    此器件列表可能是一个不错的起点、但我已与其他一些团队成员联系、以帮助进行器件选择。  

    https://www.ti.com/data-converters/adc-circuit/precision-adcs/products.html#p84=24;24&p1028=1;1&sort=p1130;asc

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    您好、Alexander、

    感谢你的答复。 采样率为1Hz、因为不需要经常采样。

    我选择了以下信号链:

    通过 INA241A 检测信号

    通过 OPA320进行缓冲

    通过 ADS8860进行转换

    我可能只有16位分辨率、但希望是一个稳定的电路。

    您能否推荐所选组件?

    我在所选组件之后还有两个问题:

    对于这个信号链、我希望在 INA241A 和缓冲器之间执行另外一个 RC 滤波器(除了缓冲器和 ADC 之间的电荷桶)、因为这是低频(噪声的影响可能更大)。 是否有必要实现它,如果有,是否有任何方法可以在不影响测量信号的情况下测量 RC 滤波器的尺寸?

    2.是否有任何器件可为 ADS8860提供稳定的基准电压,或者我是否只能使用运算放大器的5V 电源电压?

    此致

    Oliver

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    您好、Oliver、

    我完全了解设计目标、您的目标是创建一个幅度为1V 至4.5V 的缓冲 PWM 信号(10s 打开、10s 关闭)、然后使用 ADC 验证 PWM 信号是否按预期工作?  

    这适用于哪种应用?  

    这些问题将帮助我将您与正确的支持人员联系起来。   

    ADS8860具有高采样率并支持高达5V 的输入信号、因此非常适合这种应用。 如果您的应用可以备用额外的时钟和存储器、则可以对 PWM 信号进行过采样以实现更高的分辨率。 但是、我不确定您将从采样率如此高的器件中受益多少、因为输入信号和采样率要求要慢得多。  

    其他产品系列支持 OPA 和 REF 器件。 确定 ADC 后、我建议打开其他 E2E 线程与其进行连接。

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    对所有人而言、

    只需简单的评论即可支持讨论。  下面是一个文档的链接、该文档描述了与 PWM 信号配合使用的滤波器+放大 器:微控制器 PWM 转12位模拟输出。  根据对话、文档中的某些信息似乎很有用。    如果您有疑问、请告诉我。  我现在支持数据转换器、但当我将本 文档放在一起时、我就在放大器团队中。  请注意、消除 PWM 信号中的纹波将是一个小问题、直至达到真正的16位(即纹波小于1/2 LSB)。

    艺术

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    Oliver、

    其他一些问题/评论:

    1. 关于 ADS8860: 这是一款采样率高达1Msps 的良好通用16位 SAR。  OPA320通常与该器件配对使用。  REF6050是基准电压的理想选择。  如果您想使用以下组件集 :《ads8860evm 用户指南》、则可以将评估模型原理图用作参考设计
    2. 当然、您可以根据需要选择直流优化型 Δ-Σ(您最初提到您更喜欢这种转换器)。  ADS1220是一款具有集成电压基准的良好 DC 优化型24位 Δ-Σ 转换器。  该器件的采样率将比 ads8860低得多、并在采样时对输入信号求平均值。  因此、使用 delta sigma 选项可以对 PWM 信号中的任何纹波求平均值、但对于 SAR、将捕获采集周期结束时的电压。   
    3. 您可以使用 TINA-TI 或 PSpice 来仿真整个信号链(对于 ADS8860解决方案)。  如果您提供原理图、我可以为您提供帮助。

    此致 、Art

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    您好、Alexander、您好、Art、

    再次感谢您的回复。 这可能是介绍我们尝试构建的应用程序的好主意。 也许您会说、还有一种完全其他的方法来解决这个问题。 该应用的目的是通过测量汽车保险丝上的压降来检测其老化程度。 为此、我们创建了一个带有10秒 t_on 和10秒 t_off 预定义电流脉冲的加速寿命测试、此测试可加速熔丝内的老化机制以获得更快的结果。  因此、所需的信号是保险丝上的压降、由于我们期望(模拟)该值非常低、因此需要放大该压降。 因此、上述 INA241A 将放大信号。 之后、我们需要将数据存储在 MCU 中。 因此、我们希望通过缓冲器和 ADC 转换信号。  

    :Delta Sigma 听起来非常有趣。 由于预期的压降非常低、分辨率/LSB 必须非常好。 实施的工作原理。 我们是否需要一些不同的滤波、或者您是否能够 将其替换为 SAR。 最好在您的帮助下对其进行仿真。  查看此评论后、我将向您发送原理图。  

    此致

    Oliver

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    Oliver、

    在10秒 t_on 期间、您将向保险丝施加 PWM 电流。  或者、您是在10秒后应用连续电流脉冲、还是在10秒后应用连续电流脉冲。  我想您在打开时施加连续电流、但我想确认。  我提出的原因是、我通常假设 PWM 信号具有非常快的频率、其中调整占空比以更改平均值。  如果您施加持续10秒的连续电流脉冲、我实际上不会将其称为"PWM"。  我之所以与众不同、是因为 INA241A 等器件专为传统 PWM 信号中的快速瞬变而设计。  例如、图8.1说明了对10us 宽脉冲的响应。  我不是说这个 INA 不适合您的应用、但是我说也许不需要这个器件的 PWM 特性、并且这有可能使其他电流分流监控器打开选项。  您应该提供希望 INA 测量的波形的图像并将其发布在电流分流器论坛上。  也请在此处发布该数字。

    关于 Δ-Σ 器件(ADS1220): 它是一款24位转换器、噪声要低得多。  根据您选择的采样率和增益、噪声可能处于单微伏级别(请参阅数据表中的表1)。  此外、该器件还具有集成电压基准和高阻抗输入。  SAR 器件(ADS8860)输入将具有瞬态电流、用于为采样保持充电。  因此、该器件通常使用缓冲器(OPA320是一个不错的选择)。  该器件为16位、具有更高的噪声(大约39uV rms)。  SAR 可以更快的采样率(最大1Msps)运行、并在采集周期结束时对瞬时电压进行快速捕捉。  Δ-Σ 将提供采样周期内测量值的平均读数。  考虑到您的脉冲周期较长、我认为您可以使用 Δ-Σ 进行多次测量并对其求平均值。  您可以使用 INA 直接驱动 Δ-Σ、甚至可以使用其内部 PGA 进一步放大 PGA 的输出。  就个人而言、我认为 Δ-Σ 可能是此应用的正确选择。  您可以获取所有这些器件的评估模块、并尝试进行概念验证实验。  我建议你这样做。

    我希望这对您有所帮助。

    此致、

    Art Kay

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    您好、Art、

    感谢您的建议。 当您说它是直流电流信号时、您是正确的。 我将不带 PWM 的 INA296A 用作替代器件、这对于该应用可能很有趣。 它具有与 INA241A 完全相同的精度。

    感谢您的提示。 然后、我将使用 ADS1220进行尝试。 由于频率非常低、因此可能会产生一些噪声。 是否有必要暗示在 INA 和 ADS 之间进行过滤?

    评估模块的含义是什么?  

    此致

    Oliver

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    Oliver、

    1. 您确实需要在 INA 和 ADC 之间进行一些滤波。  这用于抗混叠。  基本上、您希望此滤波器的截止频率 比调制器频率低十倍或更多。  对于该器件、表10中列出了调制器频率选项(256kHz 至512kHz、具体取决于模式)。  因此、您需要使抗混叠滤波器低于 FMod/10。  您可以在图74中看到抗混叠滤波器的典型配置。  下面还显示了该滤波器及其关联的公式。  如果您设置 Cdif = 10nF、CCM=1nF、Rin = 1k 欧姆、则截止频率为7.57kHz。  您可以根据应用程序调整此值、但这些值可能接近您所需的值。  此计算以及许多其他计算均位于 《模拟工程师口袋参考书》中

    1. 大多数 TI 产品都有评估模块。 这是一个带有器件的 PCB、并关联了所需的支持电路。  对于数据转换器评估模块、它们通常包含微控制器和软件、以便您可以配置 ADC 并收集数据。  ADS1220具有一个出色的评估模块、您可以将其插入 USB 端口并收集数据。  它还具有用于输入滤波器的位置和简单的输入连接、因此您可以连接 INA 和滤波器并评估整个信号链。  请参阅 ADS1220EVM 以了解1220评估模块。  

    我希望这对您有所帮助。

    艺术