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[参考译文] ADS1115:使用 ADS1115测量50Hz 交流电流时需要帮助

Guru**** 1139930 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS1115, REF5020, ADS1015
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/1192425/ads1115-need-help-for-measuring-50hz-ac-current-with-ads1115

器件型号:ADS1115
主题中讨论的其他器件: REF5020ADS1015

您好、先生!

这是我第一次使用 ADS1115 16位 ADS、因此需要一些帮助。

我的目标是使用 ADS1115和电流互感器设计一款高精度电流表。 我已阅读技术文档、但对以下问题有点困惑。 这是我的草案设计

为了减小共模误差、 我选择差分配置

由于电流互感器的输出阻抗非常低、因此我不在 ADS1115的输入端使用缓冲器

为了测量负载电阻器 R1上的交流电压(最大值为1V RMS)、我  使用 REF5020将输入信号移至 ADC 范围

Rcm1、2为高精度(0.1%)和 Ccm1.2;Cdiff1均为5% NPO 电容器。

目前、每件事情似乎都可以、但有一些问题让我感到困惑、如下所示:

-文档说明我们需要选择 RC 滤波器的截止频率,某些频率大约是采样率的10倍,应该是860sps(8.6KHz )。 因为我将测量50Hz 信号、如果我选择低得多的截止频率(例如4kHz)、会发生什么情况?

- ADS1115的采样率有点低。 860sps 是否足以对50Hz 信号(一个信号周期内17个样本)进行采样?

-根据 REF5020文档的建议,添加了 C6以保持 VREF 2048mV 的稳定性,但它改变了 CM 滤波器的截止频率,所以我应该把它去除吗?

我期待收到您的回复

谢谢、此致、

图安·特兰

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    尊敬的 Tuan Tran:

    欢迎来到 E2E 论坛!  ADS1115是一款具有数字低通滤波器的过采样 ADC。  实际上不需要截止频率下限滤波器。  我还建议您重新计算滤波器截止频率。  差分÷的截止滤波器为1 μ F (2× π×(RCM1 + RCM2)×CDIFF1)。  随着您增加输入滤波器值、您还将增加任何模拟稳定时间。

    至于采样频率、根据奈奎斯特定理、您应该至少采样目标频率的两倍。  实际采样频率为调制器速率、为250kHz。  输出数据速率为860sps。  输出数据速率为 ADC 的低通数字滤波器之前的调制器数据。  ADS1115数据表中的图21显示了8sps 的滤波特征。  在860sps 时、第一个滤波器陷波将在860sps 时出现、3dB 滤波器截止频率将非常接近您所需的频率。  因此、您需要通过实验来了解这是如何工作的。

    C6是基准稳定性所必需的。  如果未安装、它将振荡。  我建议将偏置移到滤波电阻器的另一侧。

    此致、

    Bob B

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    尊敬的 Bob Benjamin:

    非常感谢您的快速回复。

    我会根据您的建议调整我的设计。

    对于我来说、有一些需要 澄清的未清除问题:

    该文档说明以 AIN3的差分方式测量 AIN0和 AIN1。 我想我可以 "并发"使用2个差分输入和1个共模输入(AIN2)。 在这种情况下、我认为流程如下:
    - SW0打开、SW3b 打开、用于测量第一个差分输入(AIN0和 AIN3)

    - sw0关闭、 sw1a 打开、sw3b 开启 以测量第二个差分输入(ain1和 ain3)

    - SW1a 关闭、SW3b 关闭、SW2打开、Swgnd 打开以测量 共模 输入(AIN2和 GND)

    - SW2关闭、SWgnd 关闭、 SW0打开、SW3b 打开、以再次测量第一个差分输入、以此类推。

    过程是否像这样?

    如果需要、AINn 从2048mV 到 GND 和从 GND 到2048mV 的转换是否会对 ADS1115的精度或测量时间造成任何影响?

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    尊敬的 Tuan Tran:

    ADS1115数据表中提供了输入多路复用器的可用组合、如下所示:

    因此、您建议的组合是有效的。  只是为了清零、输入组合不能同时(同时)转换、而是可以按顺序(一个接一个)测量。  因此、在860sps 条件下进行三次测量将使总吞吐量降低到1/3 (每个通道的最大值约为286sps)。

    ADS1115是单周期稳定、这意味着每次转换都有效。  不过、可能会出现模拟稳定、这可能会增加一些延迟。

    此致、

    Bob B

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    尊敬的 Bob:

    现在一切都很清晰。 我 真的很感谢你给我的所有帮助。

    拥有所有这些新知识,我对实践和实验感到相当自信。

    我将返回 结果页面、或者如果我有任何其他问题、

    此致、

    图安·特兰

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    尊敬的 Bob:

    这里是电路的一些结果。

    我在分压器输出端测量一个固定电压、该分压器的输入电压来自 REF5020、结果如下:

    第一列代表从 ADS1115读取的值、第二列采用二进制格式、最后一列是电压值。

    ADC 设置为单端、连续模式和16倍增益、以实现最大分辨率。

    由 Fluke 179 DMM 测量、结果为75.7mV、所以差值大约为0.1mV、但我不确定、 这是因为 DMM 只在小数 点后显示一个数字。

    结果似乎不太好、因为我使用 Arduino 板的电源用于 ADS1115无隔离。

    我认为应使用差分模式来提高测量 精度。

    如果您有任何建议、请告知我。

    谢谢、此致、

    图安·特兰

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    尊敬的 Tuan Tran:

    我认为您不会获得更高的精度、因为我认为您很可能位于分压器的精度范围和 DMM 功能。

    此致、

    Bob B

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    尊敬的 Bob Benjamin:

    我不确定如何配置 ADS1115。 在我看来、ADS1115的连续模式意味着如果我将其配置为此模式且采样率 ís 860SPS、我将从 ALERT/RDY 引脚获得一个稳定的860Hz 脉冲序列。

    是这样吗?

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    尊敬的 Tuan Tran:

    ADS1115的默认操作不会触发 ALERT/RDY 功能、必须正确配置该功能。  ALERT/RDY 引脚需要上拉电源、因为该引脚是开漏输出。  此外、高和低阈值寄存器还需要按照数据表第9.3.8节中的规定正确配置。

    • 为了在转换周期结束时指示低-高-低脉冲、请将 CONFIG 寄存器 COMP_POL 位设置为"0"、COMP_QUE 位设置为"00"
    • 将 LO_THRESH 寄存器设置为0x7FFF
    • 将 HI_THRESH 寄存器设置为0x8000

    如果 CONFIG 寄存器也设置为连续转换模式、并且数据输出速率为860sps、则转换开始后、您应该在每次转换完成后看到8us 脉冲。   

    此致、

    Bob B

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    我刚刚在连续模式下测试了 ADS1115、它运行良好。 感谢您的信息。

    现在、我要 依次测量2个差分通道 (AINp=AIN0、AINn=AIN3 、AINp=AIN2、AINn=AIN3)、下面是电路:

    AIN1用于另一个单端通道、AIN3是2个差分通道的公共输入、RCM3和 CCM3的组合是 RC 低通滤波器、用于消除公共输入端的 CM 噪声。 在我看来,这似乎是可以的,但我真的很感激,如果你让我知道你的意见.

    此致、

    图安·特兰

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    尊敬的 Tuan Tran:

    很难判断两个变压器之间可能发生的相互作用以及它们之间的相关电容。  我建议仿真您最喜欢的电路仿真器和探针中的电路、以查看在电压/电流/相位发生变化时会发生什么情况。

    此致、

    Bob B

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    尊敬的 Bob Benjamin:

    我刚刚完成了差分连续转换模式下的 ADS1115测试、结果如下:
    -测量直流电压时,精度似乎很好

    -当测量1V AC 50Hz 和计算 RMS 电压时,计算结果远远超出了我的预期(计算出的 RMS 电压摆动约974mV 而 Fluke 179 DMM 测量出1004mV )。
    经过仔细分析结果、我发现无法达到更高的精度、因为即使 ADS1115配置为 最大采样率、ADC 的采样率也很低。

    因此、我认为我可以通过使用具有更高采样速率但分辨率较低的 ADS1015来改进设计。 您认为我可以用代码调整直接将 ADS1115替换为 ADS1015吗?

     

    希望您可以帮助我解决此问题。

    谢谢、此致、

    图安·特兰

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    尊敬的 Tuan Tran:

    该波形似乎可以很好地表示。  您所使用的满标量程的配置是什么?  如何根据数据进行 RMS 计算?  利用 DMM 进行什么测量?  您应该在与 ADC 检测到直接位于输入端的输入电压相同的点进行探测。  还要记住、DMM 也有精度限制。  此外、您使用的最终原理图是什么?

    由于 ADS1115具有数字低通滤波器、因此即使在860sps 时也可能会滤除部分信号、因此可尝试使用带宽更高的器件、如 ADS1015。  这些器件等效于相同的引脚排列和配置、只是 ADS1015为12位输出、采样速度更快。  作为在更换器件之前的替代测试、我想看看475sps 和860sps 的输出之间是否存在显著差异。  您还可以尝试不同的增益。  在不知道发生了什么情况的情况下更换器件可能无法获得您正在寻求的改进。

    此致、

    Bob B

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    尊敬的  

    以下是有关我的上述结果的更多详细信息:
    -  为获得最佳分辨率选择了满量程范围, 这意味着它只是仅仅比测量信号的范围稍大。

    - RMS 的计算方法是计算测量数据平方和的平均值,然后取平方根。 由于我是在差分模式下测量的 AIN1和 AIN3之间的、因此测量数据中没有直流电平。 由我的代码计算的 RMS 值和由 Excel 计算的值是相同的。

    -我通过 使用 DMM 测量2个输入引脚 AIN1和 AIN3之间的差分电压来检查结果,所以结果不会受到 RC 滤波器的影响。

    - 50Hz 1Vrms 交流电压的源是数字波形发生器,福禄克 DMM 的测量值是1004mVrms 和我之前知道的,我的 DMM 是相当准确的。

    -我的朋友有一个福禄克5522A 多产品校准器,所以我要送我的 DMM 给他检查它的准确性。

    我已用 ADS1015替换了 ADS1115、并尝试完成编码以获得更高的精度、但事实证明、ADS1015的采样速率不能高于475SPS、我用示波器和 Adafruit 库测量采样速率。 我 必须找到另一个库。

    感谢您发送编修。

    此致、

    图安·特兰

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    尊敬的 Tuan Tran:

    我认为、可能您正在使用的库也是 ADS1115的问题所在。  看起来 ADS1115的捕获率也限制为475sps。  较慢的数据输出速率确实会影响数字低通滤波器的通带。  因此、我想让您尝试各种不同的数据输出速率、看看这是否会成为问题。

    此外、还不清楚是否要根据转换结束(ALERT/ RDY )或是否使用了某种形式的计时器。  您可能也需要在代码库中验证这一点。

    此致、

    Bob B

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    尊敬的 Bob Benjamin:

    我刚刚由  Fluke 5522A 多产品校准器对 DMM 进行了检查、结果 显示 DMM 的准确度非常高。 因此、上述低精度测量结果不容易解读。 我考虑的是假冒器件、因此这里显示了我的 ADS1015和 ADS1115图片。 您能帮助我检查 封装标记吗?

    因为我想达到1%或更高的精度、所以我可能不得不直接从 TI 购买 ADC 的产品来防止假冒产品。

    谢谢、此致、

    图安·特兰

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    尊敬的 Tuan Tran:

    我不确定哪个画面应该是针对 ADS1015的、但显然没有带有 ADS1015标记的器件。  顶部图片缺少徽标、底部图片看起来很近、但标记和物理封装与我的示例不匹配。  此时、我可能怀疑这两个器件都是假冒的。

    最好直接从 TI 或通过授权经销商购买器件。  由于器件短缺、我们看到出现了许多假冒器件、这在通过中介来源购买产品时始终存在风险。

    此致、

    Bob B