[参考译文] ADS131A04：外部基准和电压转换的混淆

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https://e2e.ti.com/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/1330466/ads131a04-confusion-about-external-reference-and-voltage-conversion

器件型号：ADS131A04
主题中讨论的其他器件： REF5025、、、 ADS124S08

大家好！我对 ADS131数据表的第7.3节(第9页)中提到的外部基准电压有点困惑。下面是它所说的内容。

以 ADS131 EVM 的原理图示例并使用双极电源对其进行设置(即、AVDD 和 AVSS 为+/-2.5V)。 VREFN 等于 AVSS。什么是 VREFEXT？该电压是否等于外部 ADC 基准电路的基准电压？在这种情况下、下图中的 VREF 为+2.5V。但是、上表中显示的 VREFEXT 范围是 VREFN + 2.0 --> AVDD - 0.5、因此应为-0.5V < VREFEXT < 2V。这听起来是否正确？

如下图所示、VREF 通过 C29 (1uF)连接到 AVSS。这是否意味着 VREFEXT (在引脚14上)等于 VREF - AVSS = 2.5V -(-2.5V)= 5V？如果是、在上表中、我们得出 V ref = VREFEXT - VEFN = 5 -(-2.5V)= 7.5V。请更正我的错误。

在电压转换方面、使用单端模式或差分模式将 ADC 值转换为实际电压是否重要。以下是我用于转换它的值。 2 x VREF 存在是因为 INxP - INxN 的范围在[-VREF/增益--+VREF/增益]范围内。如果在单端模式下、它只是 VREF、而不是2个 VREF、该怎么办？

11 个月前

0 admin 11 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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尊敬的 Taile：

ADS131A04 ADC 上的 REFEXT 引脚是您的外部基准输入。您指出的表格是正确的。使用双极电源时(AVDD=+2.5V、AVSS=-2.5V、REFN=AVSS=-2.5V)、VREFEXT 的电压应介于 VREFN + 2.0V =-0.5V 和 AVDD-0.5V = 2.0V 之间。请注意、《ADS131A04EVM 电路板用户指南》的原理图中显示的 VREF 是对应于 AVSS 的 REF5025电压基准输出电压、因为 REF5025的 GND 引脚连接到 AVSS、因此 VREF - AVSS = 2.5V 基准电压、 VREF 可以计算为 VREF = 2.5V + AVSS = 2.5V +(-2.5V)= 0V。

ADC 的基准电压可被计算： Vref_ADC = REFEXT - REFN = 0V -(-2.5V)= 2.5V

您的公式仅适用于正单端或差分信号输入、ADS131A04 ADC 输出二进制补码格式的代码、MSB 表示输入是正或负单端或差分信号。有两种免费的工具可用于从代码转换为电压或从电压转换为代码并进行验证、您可以从以下链接下载它们、请参阅以下示例：

1. PADC_PADC_P_ Design_Calculator_Tool

注意：该工具不包含 ADS131A04、但 ADS124S08 与 ADS131A04具有相同的输出格式(二进制补码格式)。

2. 模拟工程师计算器

Br、

戴尔

0 admin 11 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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很抱歉这么晚才回复！非常感谢您的澄清、Dale！

我的模拟输入范围是+/- 2.5V。下面是我用 ADS131进行设置但未启用负电荷泵的设置。输出信号被负电压限制。

通过阅读 ADS131的数据表(图39、第30页)、通过在启用负电荷泵时向 AINN 添加直流电压(=模拟电源的1/2 Vs)、输出可以获得满量程(-VREF/增益至+VREF/增益)。您能否确认一下？

我想到的另一个选项是使用差动漏斗放大器将我的输入转换为两个信号来使用全差动模式、如下所述。我想问几个问题：

您认为此方法比使用伪差动输入更好吗？
在 ADS131芯片中使用双极电源还是单极电源是否重要？
输出共模电压(Vocm)即将设置1/2 Vs (1.25V)。 ADS131芯片的预期输出是什么？该电压会在(-VREF/增益-+VREF/增益)之间摆动吗？谢谢！

0 admin 11 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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尊敬的 Taile：

首先、当内部电荷泵被禁用时、施加到 AINP 的输入信号应该被限制在-0.3V~6V 的绝对最大限值上。实际上、您在设置中向 AINP 施加了双极+/-2.5V 最大/最小信号、如第一个图所示、负输入电压(例如-2.5)会导致过应力情况、从而可能损坏 ADC 单元、您应该在将来的测试中避免此情况。

您询问过"通过阅读 ADS131的数据表(图39、第30页)、在启用负电荷泵时向 AINN 添加直流电压(=模拟电源的1/2 Vs)、输出可以获得满量程(-VREF/GAIN 到+VREF/增益)。 "你怎么会后悔的?"

我的回答：可以使用伪差动输入模式、但您必须将+/-2.5V 双极信号转换为0~5V、并且还要将 AVDD 电流从3V 增加到5V、否则您的负输入(例如-2.5V)仍将违反输入范围要求、即使已启用电荷泵 (当启用内部电荷泵时、建议 AINP 或 AINN 的绝对电压为 AVSS-1.5V 至 AVDD)。一旦发生变化(0~5V 输入在电平位移后、AVDD=5V、VCM=2.5V、Vref =2.5V)、最小差分信号为0-2.5V=-2.5V、最大差分信号为5V-2.5V=+2.5V。 ADC 将转换 AINP 和 AINN 之间的差分电压(-2.5V~+2.5V)。

答案1：您可以将双极单端信号转换为 ADC 的差分信号、但 AINP 或 AINN 引脚的输入应高于 AVSS、当内部电荷泵被禁用时、您的电路中的 GND。您只能在启用内部电荷泵时将-0.25V 信号应用到 ADC 输入引脚。

答案2：此 ADC 可以与双极电源 (+/-2.5V)或单极电源(3.3V~5V)配合使用。

答案3：当 AVDD 为3V 时、1/2 Vs 为1.5V。只要输入动态范围(-VREF/增益-+VREF/增益)得到充分利用、ADC 的输出代码就会在7FFFFFh 和800000h 之间摆动、请参阅下表。

Br、

戴尔

0 admin 11 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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非常感谢您的回复、Dale！

su xiansheng 说：
我的答案：可以使用伪差动输入模式，但您必须将+/-2.5V 双极信号转换为0~5V 并将 AVDD 从电流3V 增加到5V，否则您的负输入(例如-2.5V)仍将违反输入范围要求，即使已启用电荷泵 (当启用内部电荷泵时、建议 AINP 或 AINN 的绝对电压为 AVSS-1.5V 至 AVDD)。一旦发生变化(0~5V 输入在电平位移后、AVDD=5V、VCM=2.5V、Vref =2.5V)、最小差分信号为0-2.5V=-2.5V、最大差分信号为5V-2.5V=+2.5V。 ADC 将转换 AINP 和 AINN 之间的差分电压(-2.5V~+2.5V)。

关于伪差动输入模式的使用、我相信您的回答是针对 AVSS 与 GND 连接的情况(即 AVSS = 0V)。是这样吗？如果我使用 双极电压电源(AVDD = 2.5V、AVSS =-2.5V) 时，启用内部电荷泵时，应用于 AINP 和 AINN 的绝对最大限值为-4V ~ 2.8V。据我所知、在这样的限值下、我无需将+/-2.5V 双极信号转换为0~5V。请确认该问题。

以下是更新的伪差分输入模式设置。如果您对此有任何意见、我将不胜感激。

su xiansheng 说：
答案1：您可以将双极单端信号转换为 ADC 的差分信号，但当内部电荷泵被禁用时，AINP 或 AINN 引脚的输入应高于电路中的 GND AVSS (即 GND)。您只能在启用内部电荷泵时将-0.25V 信号应用到 ADC 输入引脚。

在将双极单端信号转换为差分信号的第二种方法中、我想您的答案也参考了 AVSS = 0V 的情况？实际上我计划使用双极电源(即+/-2.5V)、这意味着 AINP 或 AINN 引脚的输入将高于 AVSS (-2.5V)。即使禁用了内部电荷泵、我是否仍然能够通过 ADC 发送此信号、而不会使 ADC 承受过大的应力？谢谢！

0 admin 11 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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"关于伪差动输入模式的使用、我相信您的答案是指 AVSS 与 GND 相关的情况(即 AVSS = 0V)。是这样吗?"

DL：是的。您的第一个方框图仅显示了 GND。

"如果我使用 双极电压电源(AVDD = 2.5V、AVSS =-2.5V) 时，启用内部电荷泵时，应用于 AINP 和 AINN 的绝对最大限值为-4V ~ 2.8V。据我所知、在这样的限值下、我无需将+/-2.5V 双极信号转换为0~5V。请确认该问题。"

DL：已更新：仅当您的 AVDD-AVSS 低于3.45V 时才能启用内部电荷泵、请参阅下面的详细说明。

"在将双极单端信号转换为差分信号的第二种方法中、我想您的答案还包括 AVSS = 0V 的情况？"

DL：是的。 0.25V 低于 AVSS (GND)、当 VNCPEN 为0时、这将违反输入要求。

"我实际上是计划使用双极电源(即+/-2.5V)、这意味着 AINP 或 AINN 引脚的输入将高于 AVSS (-2.5V)。即使禁用了内部电荷泵、我是否仍然能够通过 ADC 发送此信号、而不会使 ADC 承受过大的应力？ "

DL：您的方框图令人困惑。您的理解是正确的。

Br、

戴尔

0 admin 11 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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谢谢 Daile!

DL：您的理解是正确的、但请记住、建议的绝对输入范围是 AVSS–1.5V 到 AVDD、如下所示；当 VNCPEN 为1时、您的输入仍会工作。

当您说绝对输入范围时、我感到困惑-是否是 AINN 和 AINP 之间的绝对差分电压？如您所述、其最大值应为 AVDD。这意味着我应该使用5V -然后是 AVDD 为 ADS131供电。由于我不想将双极输入信号转换为0~5V、我能否使用 AVDD = 5V 来满足 建议的绝对输入范围并为电路使用 AVSS =-2.5V？

更新： 抱歉问这些问题。我刚刚再次查看了 ADS131A0x 数据表、似乎如果使用双极电源、它必须为+/- 2.5V。正如您提到的、绝对输入范围应在 AVSS - 1.5V 至 AVDD 的范围内、如果我仍然将双极信号应用在 5V 的绝对输入范围内、超出 ADC 的 AVDD (即2.5V)、会有什么潜在的风险？

DL：您的方框图令人困惑。您的理解是正确的。

对不起！

谢谢。

泰

0 admin 11 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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嗨、

是的、您的双极电源应限制在+/- 2.5V。超过绝对最大额定值可能会损坏器件。我会更新我在上面的评论之一并强调、为了使用并打开内部电荷泵、您必须将您的 AVDD-AVSS 限制在3.45V 以下(最大3.6V)、所以您不能在 AVDD/AVSS 为+/-2.5V 时打开电荷泵。请参阅以下绝对最大额定值和建议工作表。

Br、

戴尔

0 admin 11 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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非常感谢您回答我的所有问题。我真的很感激、Daile！

我找到了您就用于精密 ADS 和用于保护 ADC 的电路的 EMC 编写的几本优秀用户指南。如果可能、我想向您询问更多相关信息、因为我使用 ADS131A04设计的器件将进行 EMC 测试。因此、需要 ESD 保护。以下是您使用 TVS 二极管(SMBJ10CA)和 PTC 保险丝实现绝对最大输入额定值(Vin_Abs)(+/-15V)的电路。

由于 ADS131A04具有较低的 Vin_Abs、我能否将此 TVS 二极管用于此芯片？我知道、与其他版本相比、这一个(SMBJ10CA)具有非常低的反向漏电流。这是使用它的原因之一吗？
关于保险丝电阻、这是否会影响信号通过 ADS131的 AINP 引脚？

0 admin 11 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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Hi Tai Le、

Dale 目前不在办公室、我们将在下周中旬他回来时回复您

感谢您的耐心等待

-Bryan

0 admin 10 个月前

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感谢 Bryan！在工作中度过美好的一天！

0 admin 10 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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谢谢 Tai Le

-Bryan

0 admin 10 个月前

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Hi Tai Le、

感谢您的耐心等待。

ADS131A04在每个通道上都有一个负电荷泵、建议在此类 ADC 使用以下应用手册中所示的保护电路：

用于保护 ADS131M0x ADC 免受电气过载影响的电路

您突出显示的方框图中显示的电路不仅用于 ESD 保护、还用于电气过载(EOS)保护。请参阅 TI 高精度实验室- ADC 系列中"保护 ADC 免受电气过载会话的影响"中有关常规 ADC 保护的详细信息。

此致、

戴尔

0 admin 10 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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谢谢 Daile!

这可能是最后一个问题。希望收到您的答案。对于以下术语、我仍然感到非常困惑：(1)差分输入电压(最小值-最大值)；(2) AINP 和 AINN 的绝对输入电压；(3)模拟输入电压的绝对最大额定值。

从上表中可以看出、这是否意味着如果禁用电荷泵、则施加到 AINP 或 AINN 的最大和最小电压不应超过此范围[AVSS - 0.3至 AVDD +0.3]？

从此表中：

差分输入电压是 AINP 和 AINP 之间的电压差？
这表示 Vin 属于-VREF/增益、属于 VREF/增益。这是否意味着 ADC 的绝对输出将为2 * VREF？
AINP 和 AINN 绝对输入电压与第一个表中关于可施加到 AINP 和 AINN 的电压限制的突出显示定义相似？

非常感谢您的支持、Dale！

0 admin 10 个月前

TI__Guru**** 1826070 points

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尊敬的 Taile：

您的问题："从上表可以看出、如果禁用电荷泵、则施加到 AINP 或 AINN 的最大和最小电压不应超过此范围[AVSS - 0.3至 AVDD +0.3]？"

答案：正确。如果施加到这些引脚上的电压超出此处的范围、则无法保证 ADC 器件的安全性、器件可能会损坏。

您的问题： "差分输入电压是 AINP 和 AINP 之间的电压差？"

答案：是的。

您的问题： "这表明 Vin 属于-VREF/增益更改为 VREF/增益。这是否意味着 ADC 的绝对输出将是2*VREF？"

答案： ADS131A04 Vref 的最小和最大代码对应于-ADC/增益和+ADC/增益模拟输入、请参阅表9并另请查看数据表中9.5.1.5.2 Vref 数据字24位格式部分的详细信息。

您的问题： "AINP 和 AINN 绝对输入电压"与第一个表中突出显示的关于可施加到 AINP 和 AINN 的电压限制定义类似？"

答案：表7.3中显示的 AINP 和 AINN 的绝对输入电压为绝对可施加于这些引脚以实现 ADC 正常运行的电压、该规格与 ADC 的安全无关。 ADC 将获取 AINP 和 AINN 之间的电压差并将其转换为带增益设置的数字代码。

我希望这些答案有助于您更好地了解此 ADC。

Br、

戴尔

数据转换器（参考译文帖）

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[参考译文] ADS131A04：外部基准和电压转换的混淆