[参考译文] ADS8900B：高速低噪声电流环路至电压转换

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https://e2e.ti.com/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/1390959/ads8900b-high-speed-low-noise-current-loop-to-voltage-conversion

器件型号：ADS8900B
主题中讨论的其他器件： ADS127L11、 ADS131A04 、ADS1271、 ADS127L01、ADS127L21、 TPS7A20

工具与软件：

对于一个新项目、我们正在使用电容式传感器进行非常精确的高度测量(3mm 范围、纳米分辨率)。 CAP 传感器放大器具有一个与高度(0..3mm)相关的电流环路输出(4..20mA)、我们想通过运动控制器将该输出用于测量高度

我必须设计一个电流环路至电压转换器、因为我们要读取更新速率为20kHz 的20或24位 SPI ADC 的传感器信息。我已经从放大器论坛获得了关于电流环路到电压转换器的一些信息、但关于 ADC 选择、他们提到了数据转换器论坛。除了电流环路到电压转换器的精确实现之外、还取决于 ADC 选择(输入范围)。

您是否对适合的 ADC 器件(具有 SPI 接口和快速转换时间的20位或24位 ADC)有任何建议？可以为该应用领域设计一个评估板或一个设计示例吗？有了这些测试、我们就可以和软件工程师一起开始进行测试了。

在 ADC 选择器中查看具有快速数据速率(>250ks/s)和 SPI 接口的20位或更高 ADC 时、我只能找到24位 ADS127L11或20位 ADS8900B。频率为20kHz 时、周期时间为50us、但在此时间内、必须对数据进行采样和转换、并为下一个转换周期做好准备。 . 除了大家想要通过 BISS 接口读取数据、我们还得把 SPI 数据转移到 BISS 协议上、这也需要一些时间(我们已经找到了一个可以完成这项任务的芯片)。因此、我认为我们需要的 ADC 采样和转换所需的时间不会太长？或者您认为我们可以使用采样率较低的 ADC 吗？

此致

Chris

6 个月前

0 admin 6 个月前

TI__Guru**** 1810550 points

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Chris、您好！

感谢您的提问。 SPI 到 BiSS 的传输每个周期大约需要多长时间？这可能有助于确定您所需的最小采样速度的裕度。

当使用低延迟滤波器模式时、ADS127L11能够实现~1MSPS 的数据速率、与 ADS8900B 类似。您是否需要为您的应用启用宽带滤波器？

ADS127L11是 Δ-Σ ADC、而 ADS8900B 是 SAR ADC。 Δ-Σ ADC 通常更适合需要更高分辨率的应用、就像您的应用一样。我们有适用于 L11的评估模块和示例代码、可能对您有所帮助。我也找到了此相关主题、其中有人将 ADS131A04用于类似的应用。

我循环访问支持 ADS127L11的 Keith、以了解他的见解。

此致、

Samiha

0 admin 6 个月前

TI__Guru**** 1810550 points

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你好、Samiha！

以下是我们计划用于此应用对于速度的一些 SPI 至 BiSS 转换器芯片制造商的一些响应：

>>一旦 BiSS 帧启动、我们的芯片就会开始在快速传感器接口处计时(最大时钟频率= 20 MHz)。

>>您的 ADC 可以直接提供最新数据。

>>假设24位、我们的芯片可以接收到的数据远低于2us。

>>我们的芯片随后将(可选)计算 CRC 并通过 BiSS 输出数据。

>> BISS 周期50 us 不应该是一个大问题。

>>我们的客户实施的周期时间小于20 μ s。

因此、对于该芯片、20kHz 环路频率不是问题。对于 ADC 一个单通道版本是可以的,因为我必须做一些这些转换器盒,但每个盒获得自己的 PCB 与1电流环路输入( 4..20mA )。关于预期噪声、我不知道、因为电流环路是由解调器模块生成的、我们从专业从事此类测量的公司购买该模块、我预计电流环路输出端不会有太大的噪声。这些模块放置在 DIN 轨上、我们的 PCB 还将放置在 DIN 轨箱中、因此与布线的距离不会太长。此外、我们可以在输入级进行一些硬件滤波(RC 滤波器)、在这里、我们必须将电流环路转换为与所选 ADC 输入范围相匹配的电压。此外、我认为我们必须在实践中了解得到的噪声量、然后我们始终可以在软件中进行额外的滤波。我会询问我们的软件团队、他们是否能够在测试过程中轻松更改填充。最后、当我知道正确的 ADC 类型时、我可以请您的放大器团队为电流环路到电压转换找到一个良好的解决方案。

您为此应用建议了一个 Δ-Σ ADC。当我看单通道,具有 min100ks/s 采样率的 SPI ADC 我发现:

- ADS1271 (看起来更像一个较旧的 Burr Brown 类型)

- ADS127L01

- ADS127L11

- ADS127L21

最后一个测量点具有最快的采样率(以及非常低的增益漂移、如 ADS127L11)、但是我们的 SPI 最大20MHz 频率可能会对 SPI 传输数据速率造成一些限制？从开始转换到数据准备就绪将需要多长时间(以便 BiSS 转换器可以转换这些器件(ADS127Lxx)的 ADC 数据)？您是否认为 ADS127L01也足以满足该要求？有一点准确吗？我们不测量绝对位置、而是测量相对位移、当然、在实际位置和要读取的实际数据之间会有一些延迟、但这对我们来说不是什么大问题。

您会建议使用哪种器件？所以、我可以向放大器团队索要关于电流环路到电压转换的良好解决方案。您是否有可用于 PCB 的示例原理图、以便我们确保一切都能配合我们的设计？

对于模拟电源、我们通常从外部机架电源获得+24V 电压、但这些类型的电源肯定会有一些时间。但是、如今具有用于+24V 至+3V3的直流/直流转换器、噪声系数非常低。我认为这也会是影响准确度的重要因素。

此致

Chris

0 admin 6 个月前

TI__Guru**** 1810550 points

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Chris、您好！

在您的系统中、您需要测量输入电流、然后转移该电流、使总时间为50us。假设我们需要 20us 时间将数据从 ADC 传输到 BiSS、进行处理、然后通过系统总线进行传输。实际时间可能要少得多、但由于提到了20us、我认为这是一个保守的估计。这样 ADC 就能有30us 的时间来采集和转换数据。

如果使用 SAR ADC (如 ADS8900B)、则完全稳定读数的总时间将只是转换周期。 ADS8900B 的运行时间高达1Msps、因此该总时间为1us。

由于此拓扑中需要内部数字滤波、因此 Δ-Σ ADC 需要更长的时间才能实现完全稳定的读数。但是、ADS127L01、ADS127L11或 ADS127L21可以轻松满足30us 要求。

完全稳定读数所需的总时间取决于所选的滤波器选项。在这种情况下、ADS127L11可能是最佳选择。使用 OSR=32x4=128时的 SINC4+SINC1滤波器设置将产生18us 的总转换时间和4uVrms 的本底输入噪声、从而得到21b 的有效分辨率。如果使用 OSR=32x10=320、则总转换时间为33us、本底输入噪声为2.8uVrms、可实现21.5b 的有效分辨率。

也可以使用 ADS127L01、但 ADS127L11具有更多的滤波器选项、从而实现噪声(有效分辨率)和速度之间的良好平衡。此外、ADS127L11作为内部缓冲器、使用外部放大器更容易驱动、因此在这种情况下、我建议使用 ADS127L11。

请注意、您也可以使用 ADS8900B、但由于器件的带宽较高、噪声会更高。通过对多个样本求平均值(与 Δ-Σ 的内部滤波器类似)、可能会获得与 Δ-Σ 相似的噪声、但这会需要对数据进行额外的数字处理。

如果您想从高分辨率 ADC 获得出色性能、建议使用出色的高 PSRR 低噪声线性稳压器(如 TPS7A20)。然而、有一些优秀的低噪声直流/直流转换器也可以正常工作、但根据数据表规格很难确定、通常需要在实验室进行验证。

此致、
Keith Nicholas
精密 ADC 应用

数据转换器（参考译文帖）

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