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[参考译文] ADS124S06:高采样率条件下的电压测量误差

Guru**** 2185245 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS124S06
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/1273811/ads124s06-error-in-the-voltage-measurement-at-high-sampling-rate

器件型号:ADS124S06

您好!

我们使用 ADS124S06测量电压值。 硬件设计与开发板相同。  输入模式为差分模式、数据速率为4000SPS、其余寄存器设置为默认值。  我们使用10Hz 的读取数据(RDATA)命令 来读取电压(我们未使用 DRDY)。  我们注意到的行为如下。

1) 1)我们按预期获得高于0.5mV 的电压的正确电压读数。 当输入电压在0到0.5mV 的范围内时、测得的值不稳定。 测得的电压在-2.5V 和2.5V 之间随机波动。

2) 2)现在、我们将内部采样率从4000sps 降至100sps 以下、并获得0至0.5mV 范围的正确读数。

是否必须在软件中进行额外的寄存器设置、以便在高采样率下测量低电压?

谢谢!

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    您好、Sky、

    您能否分享一些有关 AVDD 电源的更多细节并验证您正在使用什么基准?  您要使用什么作为输入电源?

    需要注意的一点是、在使用2.5V 基准电压时、在增益为1的情况下使用低延迟滤波器、在4ksps 时会产生相当大的噪声。  查看第25页数据表中的表3。  峰值间噪声为629uV。  因此、0到0.5mV 之间的任何测量都在 ADC 的噪声范围内、且具有很小的测量优点。

    随着数据输出速率的降低、噪声也会降低。  如果您只以10Hz 的速率采集数据、那么以4ksps 运行将没有任何好处。  我强烈建议利用数字滤波器的噪声优势并以较低的数据输出速率运行。

    至于读取满量程的问题、请确保正确地解释数据。  接近零的值可能有轻微的负偏移。  由于输出是二进制补码-1十进制将显示为0xFFFFFF。

    此致、

    鲍勃 B

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    尊敬的 Bob:

    我们使用+5V 的 AVDD 电源和2.5V 的内部基准。 ADC 的电压输入由外部源 BEAMEX MC-2校准器提供。

    我们的最终要求是从每组通道以1kHz 的采样率读取 ADC 数据。 我们使用从0到6的全部3组通道(差分模式)。 考虑到每个通道开关之间的数据稳定时间、我们必须以4000SPS 的速率运行采集。

    下面我们来处理负偏移。 测量数据在连续测量中随机变化、例如0.5mV、0.7V、-2.5V、1V...等等。

    谢谢!

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    嗨、Sky:

    您最初声明唯一的寄存器设置会改变、其中数据速率设置和"其余寄存器设置为默认值"。  但是、如果选择使用内部基准、则不使用默认设置。  您能否向我发送正在使用的确切配置寄存器设置?

    MC2有两种电压生成模式。  一个范围是-3至12V、另一个范围是-25至150mV。  因此、校准器在两种模式之间的响应可能略有不同。  如前所述、噪声为0.5mV (500uV)、因此您永远无法获得低于629uV 的精确测量值。  因此、我完全不会对该范围内的随机值感到惊讶。

    查看您的原理图会非常有帮助。  例如、如果未将正确的连接和电容负载正确连接到基准电压、基准电压可能会振荡。  

    查看原始数据(每次转换为连续数据、至少256个样本)不会转换为电压(以及所施加的电压)也会有所帮助。  极低的输入电压以及 EMI/RFI 拾取会导致非常嘈杂的信号、尤其是当到 ADC 的接线较长且为非屏蔽线时。

    此致、

    鲍勃 B

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    尊敬的 Bob:

    很抱歉耽误你的时间。 我们还将更改基准寄存器。 以下是我们在开始测量之前执行的以下步骤。

    a)通过切换硬件复位引脚来复位 ADS124S06
    b)通过 SPI 发送 STOP 命令(命令0x06)
    c)读取状态寄存器以确保该值为80h
    d)设置通道配置(寄存器02h 的值为0x01)并读取寄存器进行确认
    e)将数据速率更改为4000SPS (将值0x1D 更改为寄存器04h)、并读取寄存器以进行确认
    f)将基准更改为2.5V 内部(将值0x1A 更改为寄存器05h)并读取寄存器以进行确认
    g)通过 SPI 命令启动转换(命令08h)->(硬件启动引脚设置为低电平。 我们通过命令控制)
    h)提供50ms 的延迟
    i)使用 RDATA 命令从缓冲器读取测量值、固定间隔约为500us。 [在最终版本中,我们将切换 通道并读取数据。 但目前、我们将从单个通道读取以进行测试]

    在 MC2上、我们使用的是-3到12V 范围、

    请按如下方式找到主要的 ADS124连接原理图

    我们会尽快向您提供原始测量值、

    谢谢。此致、

    天空

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    您好、Sky、

    您的原理图显示热电偶和 RTD 作为可能的输入。  目前、您的输入看起来是悬空的、并且您没有在寄存器设置中设置 VBIAS。  相对于 ADC 输入范围、浮动输入电压可能会浮动至任何电平。  您可以尝试在 AIN1上启用 VBIAS、以查看是否有任何变化。  关于使用 VBIAS 的另一个注意事项是、当路由到滤波器路径之外时、这种做法效果最好。

    如果要测量 RTD、您需要励磁。  最常见的方法是使用比例式测量路径并通过 IDAC 电流源进行激励。   

    《热电偶测量基本指南》《RTD 测量基本指南》可以更好地解释上述信息

    此致、

    鲍勃 B

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    尊敬的 Bob:

    我们尝试在 AIN1上设置 VBIAS、但没有改善。 我们还尝试将增益设置为32以查看它是否会改善测量。 遗憾的是、当我们启用增益(0x0D 至寄存器03h)时、无论输入电压是多少(0至2.5V)、从 ADC 通道读取的值都是完全随机的。  绕过 PGA 后、我们可以得到0.5mV 至2.5V 范围内的准确读数。 如果启用 PGA、即使增益为1、也始终得到错误的值。  我想知道是否需要在软件中进行额外的设置来设置增益吗? 寄存器配置如下

    寄存器02h->值0x01 (在差分模式中)
    寄存器03h ->值0x0D (增益为32)
    寄存器04h->值0x1D (对于4000SPS)
    寄存器05h->值0x1A (用于2.5V 的内部基准)

    谢谢。此致、

    天空

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    您好、Sky、

    我真的不明白你在想做什么。  您将校准器用作电压源、而不是真正的传感器。  您仍在尝试测量低于500uV 的电压吗?

    如果您在500uV 至2.5V 禁用 PGA 的情况下获得精确测量、那么在某些情况下、在启用 PGA 后、您收到的值不正确很可能的原因是您超出了 ADC PGA 的输入范围。  校准器可能不在 AVSS 的输入范围内。  正如我之前所述、当不以 AVSS 为基准时、输入电压可能会悬空到任何值、并超出 ADC 的输入范围。  输入范围在电气特性中给出、如下:

    根据校准器的供电方式、以 PCB AGND (AVSS)为基准的输入电压可能会有所不同。  旁路掉与开关电容器输入类似的输入样本。  启用 PGA 后、输入类似于仪表放大器、其相对于电源轨的余量有限。

    即使是作为浮动电压的真正热电偶也需要以 ADC 接地为基准。  这可以通过多种方法来实现、例如上拉和下拉电阻器、VBIAS 或其他一些连接方法。  验证相对于 AVSS (AGND)的每个模拟输入的输入电压(不是差分电压、而是绝对输入电压)是否符合上表中给出的标准。

    再次请记住、在增益为1时、峰峰值噪声被列为629uV、因此噪声比输入电压为0到500uV 时更为主要、您将收到完全随机的噪声。  在使用4000sps 时预计会发生这种情况。  使用较高的 PGA 增益时、噪声应降低、但这要求输入电压处于 ADC 的输入范围内。

    此致、

    鲍勃 B