[参考译文] 适用于称重传感器的放大器和 A/D

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Other Parts Discussed in Thread: INA128, PGA308, MSP430F5659, INA851, ADS8168, ADS8860, OPA320, PGA309, INA849

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https://e2e.ti.com/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/1234973/amplifier-and-a-d-for-load-cell

主题中讨论的其他器件：INA128、 PGA308、 MSP430F5659、 INA851、 ADS8168、ADS8860、 OPA320、 PGA309、 INA849

我正在设计负载单元放大器。称重传感器输出/放大器输入为2mV/v、放大器输出为3V。我需要 A/D 的采样速度是200k-500k。

INA128可以吗？如果不是、请推荐更好的放大器和 A/D。目前、我将 PGA308用于放大器、而 MSP430F5659内置的12位 A/D 用于 A/D、但可重复性太低、变化为+/-3-4 LSB。我认为更精确的 A/D、例如16位 ADC、将有助于实现更好的可重复性以及更快的放大器。

1 年多前

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1821780 points

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Shawn、

关于 ADC 的采样率和放大器带宽：您预计传感器会在200k 到500k 之间变化吗？换句话说、您需要大于或等于50万的放大器带宽？或者、您是否以这样的速率进行采集以进行过采样/取平均值？
放大器以给定采样率驱动 ADC 的能力取决于 ADC 类型和设计。例如、某些 ADC 包含集成缓冲器或 PGA (通常为 Δ-Σ)。其他 ADC (通常为 SAR)可能需要快速放大器来驱动内部采样保持。您能否指定您在使用哪个 ADC？
这可能比您想要的要少。本文档展示了使用 INA 直接驱动 SAR 的示例(https://www.ti.com/lit/an/sbaa245a/sbaa245a.pdf?ts=1686154429443 )。要考虑的一个挑战是您的 INA 电源电压。您计划将什么电源电压用于 INA？大多数 INA 经过优化、支持更宽的电源电压范围。本文档介绍了在使用不同于 ADC 输入范围的电源时如何保护输入。
基于您的帖子、我认为您需要500的增益。增益= Vout/Vin = Vout/(Vexe*Vsen)。 Vexe 是负载单元激励电压。假设激励电压为3V，增益为：GAIN =3V/(3V*2mV/V)=500。使用 INA128、可提供大约50kHz 的带宽(通过仿真获得)。
驱动 SAR 的选项包括使用缓冲放大器(或采用增益放大器来划分增益并从 INA 获得更大的带宽)。这是一种常见的方法(见 https://www.ti.com/lit/an/sbaa277a/sbaa277a.pdf?ts=1686154387519 )。
INA 选项包括更宽带宽的选项、例如 INA851。该器件适用于驱动差分 ADC 输入。该器件包含集成钳位等功能、能够解决 INA 电源和 ADC 输入范围不同时的问题。
PGA308被设计成进行校准。一旦校准、输出将非常精确。如果不进行校准、这不是一个好的选择、因为其固有精度不是很好。不过、如果您在进行校准、后校准精度应优于0.1%。如果您想继续推行此选项、我可以为您提供 PGA308方面的帮助。

对不起所有的问题,但我需要更多的信息,以充分帮助你。

此致、艺术

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1821780 points

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"谢谢你,谢谢你。"

1.这是一个闭环反馈系统、我们在这里持续地对来自测力元件的信号进行采样、通过调节电机来实时增大或减小力。我们需要以至少200,000次的频率进行采样、目前正在对每个点的两个采样取平均值。我们可能不需要超过500K 带宽。

2.现在、我使用的是 MSP430F5659微控制器内置的 A/D。它是12位、所以我想知道改为具有更高精度的独立 A/D 是否能提高可重复性。

3。现在、我为 PGA308使用5V。如有必要、我可以将其升高到+/-15V。

4.没错、增益需要至少为500、因此 INA128的带宽太低。

5 & 6. 感谢您介绍设计技巧。我会查看它们。

7.最简单和首选的解决方案是对现有的 PGA308设计进行微调。我一直在对其进行校准、但似乎无法将误差降低到0.1%。现在大约是0.3 - 0.4%。我想知道通过对设计稍作改进是否能解决可重复性问题。我附上了我的 PGA308设计以及它如何馈送到微控制器的 A/D 中。是否有可能使精度优于0.05%？

谢谢！

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1821780 points

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大家好、Shawn、

为了方便参阅 Art 的评论、MSP430F5659中的 ADC12具有~ 4-5位的总体未调整误差。您能否将采样平均值增加到4甚至8？这也应该会改善结果。

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1821780 points

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汤姆，

感谢您的讲解。

肖恩，

我对 ADC 内置 MSP430了解不多。 ADC 需要的主要关键点是结果必须是低噪声、低漂移和线性。如果它具有增益和偏移误差、可在您校准 PGA308和传感器误差的同时对其进行校准。
ADC 团队有多种可与 PGA308良好搭配使用的独立式 ADC。 ADS8860 (16位精密 SAR)或 ADS8168 (ADS8860的基本和8通道版本)是一个不错的选择。有很多选择、Tom 可以为您提供帮助。
设计考虑。我不确定带宽是否能满足您的需求。输入带宽在4V/V 增益下为400kHz、输出放大器的增益带宽积为2MHz。您需要至少500的增益、因此典型的增益分区为 Gin = 100、Gout = 5。输入级上没有用于计算带宽的简单公式、但根据图12、我认为它可能接近100kHz。增益为5时、输出级带宽为400kHz。 PGA308可能具有足够的带宽、但我认为我们应该仔细检查一下。
一个可以帮助解决 PGA308带宽问题的解决方案是添加一个后置放大器。您可以将后置放大器的增益设置为2或3、这样可降低 PGA308的增益、从而提高带宽。后置放大器也可以是针对驱动 OPA320等 SAR 转换器进行优化的放大器。
PGA308的后校准精度相关问题。它通常明显优于0.1%(例如0.05%或更佳)。不过、温度漂移和传感器漂移会导致这种变化。通常、称重传感器具有温度漂移和压力非线性。您是否对此进行了纠正或补偿？否则、这可能是您的误差源。
PGA308的校准过程与 PGA309类似。给出如下： e2e.ti.com/.../PGA309_5F00_calibration_5F00_procedure-_2800_3_2900_.pdf
我查看了您的原理图。一个可能的问题是 ADC 输入端的 RC (100 Ω x 1uF)。这会将频率限制为1.59kHz。它也是一个用于 PGA309的电容性负载。电容性负载使放大器不稳定。 100欧姆电阻器有助于隔离电容、但是仍然不足以保持 PGA309稳定。当放大器不稳定时、它会振荡。我需要一些时间来了解什么电容和隔离电阻器用于 PGA309、但是你正在使用的那一个是没有意义的、因为它甚至无法满足你的带宽要求。
为了简化工作、您可以考虑改用不同的 INA。 PGA308的主要优势在于您可以对其进行编程、从而将其用作传感器输入放大器和校准后的电压输出放大器。在本例中、您使用的是 ADC、因此无论如何都需要校准。 INA849是一个宽带宽 INA。在1000V/V 的增益下、它仍具有1.25Mhz 的带宽。该器件确实需要更宽的电源电压范围、因此您可能应该这样做： www.ti.com/.../sbaa277a.pdf。我认为这是一个相对简单的选择、也许是您的最佳选择。您可以使用 https://www.ti.com/tool/DIP-ADAPTER-EVM 构建与我们现有设计的连接的原型、并查看您是否获得更好的性能。

这是很多信息! 希望这对您有所帮助。一旦你决定一个路径,你想仔细使用我可以帮助你的细节。

此致、

Art Kay

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1821780 points

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艺术

感谢您提供的所有信息！关于第7点、我在 A/D 上添加了 RC、因为有很多噪声来自其他地方。现在我需要弄清楚如何在不影响带宽的情况下滤除它。

我现在正在测试所有的选项,并肯定会与您联系。

-Shawn

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1821780 points

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Tom、

好的、我会尝试它。感谢您的建议！

-Shawn

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1821780 points

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艺术

抱歉、PGA309_CALIBRATION_PROCERATION pdf 是另一个文档的一部分？它引用了文档中未包含的表格、并且我没有在 PGA309用户指南中看到表编号。无论什么地方我都可以获得文档？谢谢！

-Shawn

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1821780 points

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艺术

-Shawn

0 admin 1 年多前

TI__Guru**** 1821780 points

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Shawn、

PGA309和 PGA308共用一样的内部增益和偏移块。 PGA308与 PGA309具有不同的增益和偏移范围、但是、两种设计都提供相同的功能模块。
PGA308具有板载 OTP、可用于存储增益和偏移块、因此在启动时、器件会加载适当的增益和偏移。
PGA309使用外部 EEPROM 来存储所有增益和偏移值。该器件还以查找表的格式存储多个温度下的这些值。 PGA309将监控传感器温度并调整增益和偏移、以补偿传感器偏移和范围的温度漂移。
PGA308和 PGA309的校准过程是相同的。只是 PGA309在每个校准温度下执行相同的过程。通常、校准在两三个温度下完成、然后使用多项式插值来查找其他温度下的增益和偏移。 EEPROM 包含17个不同的温度点、PGA 在这17个点之间进行线性交错。
回答您的问题：我们将在校准过程中讨论的表是增益和失调电压与温度间的关系校准表。当您使用 PGA309校准过程时、校准的最终结果是查询表。校准过程是通用的、旨在创建表、因此该表未显示在校准中。另一方面、PGA308校准只产生一组增益和偏移系数。 PGA308不会随温度的变化进行校准、所以只需要一组增益和偏移系数。 PGA308增益和偏移系数存储在 OTP 中。

我希望这有助于澄清 PGA308和 PGA309之间的区别。另外、我希望您了解 OTP 在 PGA308中的角色和 PGA309上的查找表。基于您之前的一些评论、我想您可能已经接近于 PGA308的带宽目标。您可能需要在找到增益和失调电压后查看系统带宽、以确保满足您的需求。

此致、

艺术

数据转换器（参考译文帖）

数据转换器（参考译文帖）(Read Only)

[参考译文] 适用于称重传感器的放大器和 A/D