[参考译文] ADS1220：应用支持

尊敬的 Murdock：

这种方法与比例式 RTD 测量非常相似。  有关更多信息、请参阅 《RTD 测量基本指南》。  您建议使用具有高侧基准的2线测量。  您可能看到的一个误差与从电路板到导线的连接长度有关。  遵循具有低侧基准的2线 RTD 基本指南中的信息。

我建议您使用低侧基准、而不是高侧基准。  使用低侧基准允许您使用 PGA 来实现更高的输入阻抗。  您需要使基准电阻值大于正在测量的电阻(或至少相同的值)。  此外、使用占空比模式不会产生任何增益。  占空比模式需要一个20sps 转换、并处于空闲状态并持续三个20sps 转换周期。  使用该模式时、噪声不会有改善。  取平均值应该有助于改善噪声。

电路概念如果可行、但我认为噪声会使它变得困难。  ADC 转换器的噪声为13.67uVpp。  如果我的粗略计算是正确的、这将使您获得大约13m Ω 的分辨率无噪声、但不求平均值。  您可能需要考虑噪声更低的 ADC、例如 ADS124S06或 ADS1260。  亚毫欧是相当雄心勃勃的。

wisdom Huang 说：

问题2 -采用3.3VDC (AVDD)电源和比例式方法来生成外部 Vref 时，这是否接近我们得到的最大分辨率并且仍然不违反 IDAC 最大电压要求和共模要求？  (1.000k、2.000k 和4.990k 是库存中仅有的0.01%、5ppm、1/10W、0605电阻可供选择。)

IDAC 符合 AVDD-0.9V 标准、因此只要您从 IDAC 输出引脚到接地的总压降为2.4V 或更低、就应该没问题。  使用低侧基准可消除共模限制。

wisdom Huang 说：

问题3——数据输出是二进制补码格式。  在此应用程序中、是否需要转换数据、以便最大负二进制补码值等于0、最小二进制补码值等于最大 ADC 读数、相当于1.000VDC？  单端测量的最大分辨率是多少—2^23而不是2^24？

对于此电路、您只会看到测量范围的正代码(0h 至7FFFFFh)。  但是、在这种情况下、ADC 可能存在负偏移、在接近0的情况下、您可能会看到负代码。  但要回答该问题、您的测量范围是2^23位。  这是 ADC 的分辨率、但由于噪声而不是您的测量分辨率。  ADC 噪声约为13.67uV、大约为7位噪声、测量分辨率约为17位。  如果您的基准电阻器为2200、则测量分辨率为2200/2^17。

wisdom Huang 说：

问题4 -在一些应用手册中，例如"RTD 比例测量和使用 ADS1148和 ADS1248系列器件进行滤波"- SBAA201A，显示了上述电路，其中 IDAC1电流输出位于另一个输出引脚，并且电流流向测量电路 (AIN0、连接到要测量的0 - 2200欧姆、AIN1)、然后连接到精密电阻(2.000k)、连接到 REFP0和 REFN0、再连接到 GND。  是否可以为此类型的电路配置 ADS1220？  如果是这样、除了二进制补码中的测量数据之外、它有哪些优点/缺点现在是单面的、正的？

我应该已经讲过这个了。  出于上述原因、我建议使用低侧基准。  无论参考位置如何、测量始终相同、输出为二进制补码。  由于电流仅沿单个方向流动、因此 AINP 的电压值将始终大于 AINN、后者仅会导致正输出代码。

此致、

鲍勃 B

尊敬的 Murdock：

wisdom Huang 说：

问题1 -当待测量的电阻接近和/或超过基准电阻值时、使用低侧基准的2线 RTD 测量电路会发生什么情况？  ADS1220是否只读取满量程(7FFFFFh)？  ADS1220是否会损坏？  待测电阻降至基准电阻以下后、ADS1220是否会立即恢复？

如果测量值超过基准电阻、您将看到正满量程(7FFFFFh)。  这不会损坏 ADC。  ADC 将在输入端的任何模拟稳定后恢复。  如果总电阻导致 IDAC 合规性的无效条件、则 ADC 输入和基准输入端将出现模拟稳定、这可能需要一些时间才能完全恢复。  同样、转换无效、但输入电压未超过器件的额定值。

基准现在将变为"0"、您将看到一个满量程读数。

wisdom Huang 说：

问题3 --噪声过滤网络中 AIN1和 AIN2以及 REFP0和 REFN0的电阻器和电容器的建议值是多少？

输入滤波器有两个用途。  一个是抗混叠滤波器、第二个是从外部噪声中提供额外的滤波器。  您的电路设计将添加一个大而长的电线天线。  双绞线将 降低共模噪声拾取、但如果将导线连接到外部1k 电阻器和 PCB、则可能会在连接点拾取一些噪声。  我建议遵循9.1.2节中的数据表信息。  本节指出"使用截止频率设置为输出数据速率或其10倍的一阶 RC 滤波器通常是系统设计的良好起点。"

wisdom Huang 说：

问题4–您会在 ADS1220处的 DVDD 和 AVDD 之间建议哪些 RC 滤波？  您会建议在 ADS1220上使用哪些旁路电容器？

不建议使用铁氧体和电感。  只要电阻值很小(1-2欧姆范围)、就可以使用 RC 滤波器。  通常、我们推荐100nF 旁路电容器。  如果是电感较低的 MLCC X7R、我也使用了1 μ F 电容器。

wisdom Huang 说：

问题5–AVSS 和 DVSS 可以是两个单独的接地层、只能在一个点上连接。  (注意：模拟接地层仅由 ADS1220使用。)  通常、我会将3.3VDC LDO 上的模拟 GND 和数字 GND 作为星形接地连接、但是否有更好的地方来连接两个接地层(AVSS 和 DVSS)、例如 ADS1220处？

如果连接的阻抗非常低、则可以使用星形接地。  ADS1220要求采用单极电源在 AGND 和 DGND 之间建立低阻抗连接。  可以使用单个接地、大多数情况下这就是 EVM 的设计方式。  关键是确保来自信号布线、时钟等的数字电流不会流经模拟部分。  您还可以在非常靠近 ADS1220的接地端之间建立0欧姆连接。

还有一个想法是、尽管器件的平均电流可能很小、但开关产生的瞬态电流可能非常大(20 -30mA 峰值电流或更高)。 因此、请确保为3.3V 选择的 LDO 具有足够的容量。  我建议 LDO 的100mA 输出最小值为目标。

此致、

鲍勃 B

尊敬的 Murdock：

很抱歉响应出现延迟。

wisdom Huang 说：

问题1 -- ADC 输入和基准输入的模拟稳定通常需要多长时间？  恢复 IDAC 合规性的无效条件需要多长时间？  我正在测量的信号基本上是静态的、此时大部分时间为7FFFFFh (99.999%)、并且很少在预期测量范围内对可测量值进行阶跃更改。  只要 ADS1220能够在一秒内恢复以进行准确测量、就不会出现问题。  如果需要更长的时间(即5秒到1分钟)、则可以容纳、但系统必须考虑到这一点。

不幸的是,我不能给你具体的答案,因为有太多的未知数。  基本而言、所发生的情况是、您将输入滤波电容器充电到一个特定值、然后、过量电荷的唯一流动位置就是通过输入滤波器返回电路的其余部分。  您可以尝试创建输入电路仿真来确定基线响应。

wisdom Huang 说：

问题2 --输入端子在使用 ADS1220的 PCB 处短接时，测量结果应非常接近700000h (7000xxh)。  您表示此电路的结果应为正值700000h 至7FFFFFh 之间。  您还说过、0左右的结果可能会从正向上或向下跳转到负。  如果 ADS1220设置为20SPS、并且使用最后16个结果完成运行平均值计算、那么如果将任何测量值8xxxxxh 丢弃而改用了700000h、您会看到什么问题？

这里可能会有一些误解。  ADS1220输出始终是二进制补码。  正代码为0h 至7FFFFFh。  负代码范围为 FFFFFFh (-1)至800000h (-8388607)。  如果您将输入短接、您可能会看到轻微的负偏移。

wisdom Huang 说：

问题3 --这个问题是关于模拟输入和基准输入上的 RC 噪声滤波问题。  我知道、为了获得出色的抗混叠性能、20sps 采样的滤波器截止频率应该在200Hz 左右。   如果采样率为20SPS 且测量值是固定的(本质上类似于直流)、您是否有任何建议使用的 R & C 值-输入电阻器、输入端接地电容器和输入端的电容器？  我是否应该认为模拟输入的 RC 噪声滤波与基准输入的噪声滤波是一样的？   [/报价]

在我对问题1的回答中、将会有基于模拟输入滤波器的模拟稳定。  由于您的用例不是我使用或测试过的用例、因此我很难确定或建议值。  最初、您可以尝试为电阻器选择2.7k、为差分电容器选择100nF、为共模电容器选择10nF。  基准的滤波设计类似。

此致、

鲍勃 B

谢谢。