[参考译文] MSP430I2040：SD24的输入电路(降噪)

您好！

首先、常量信号显示 SD24MEMx 字(噪声)上的高变化。 只有高字节是稳定字节、中字节具有 大约20至50 AD 步长的噪声、而低字节具有非常高的可读性(不可用)。 与其他高阻抗16位 AD-IC 的比较没有显示这些问题(最低位没有明显噪声)。 我们应该在 SD24输入之前放置什么输入滤波器电路来降低输入信号噪声、以此来稳定 至少 SD24MEMx 结果的16个高位。

当您注意到噪声时、过采样率(SD24OSR)设置为什么、以及您将 ADC 输入连接到的信号具有多高的阻抗？

您使用的是内部基准还是外部基准？  此外、您是否在所有通道上都看到此噪声？  

当 OSR 设置为256 (默认值)时、您应该获得大约4kHz 的输出数据速率、对于您的2kHz 频率、该速率将恰好位于奈奎斯特频率。 通常、减小 OSR 会增加噪声、但在您的情况下、如果您遇到任何混叠、则可能会有所改善。 作为参考、MSP430I2040的调制频率固定为1.024MHz、并且使用已知的 OSR 值、您可以计算实际采样率。 最小采样时间的想法在这里并不适用、因为该器件的实际采样频率是固定的。

您可以查看 我们《MSP MCU 上 Σ-Δ ADC 常见问题解答 》指南的第5.1.3节、了解 您可以在此处实现的 N=2 RC 抗混叠滤波器示例。 根据建议、对于大多数 Δ-Σ 转换器而言、低于调制频率100倍的 RC 滤波器应该足够了。  

此致、
Brandon Fisher

感谢您的回答。

当您注意到噪声时、过采样率(SD24OSR)设置为什么、以及您将 ADC 输入连接到的信号具有多高的阻抗？

我们使用 SD24OSR 的默认值(OSR = 256)。 如"MSP430i2xx 系列用户指南(修订版 a)"第350页(3.2.7.2数字滤波器输出)、我认为如果要读取两个高字节、我们必须使用该值。 这是正确的、还是我们应该使用其他值？

第二个 ADC-IC 在应答字上未显示噪声、其输入阻抗为几个 MOhm。 另一方面、根据数据表、MSP430i2040针对每个输入的输入阻抗小于200kOhm。 这可能是信号中产生噪声的原因、因为我们的输出信号(惠斯通电桥)在 Vcc 和 VSS 之间的总阻抗约为3KOhm？

您使用的是内部基准还是外部基准？  此外、您是否在所有通道上都看到此噪声？  

是的、我们使用的内部基准为1.2V。 噪声似乎在所有通道上。

作为参考、MSP430I2040的调制频率固定为1.024MHz、并且使用已知的 OSR 值、您可以计算实际采样率。 最小采样时间的想法在这里并不适用、因为该器件的实际采样频率是固定的。

我在数据表中找不到采样率的计算公式。 它写在哪里？ 实际上、2KHz 信号的采样代码似乎无法正常工作。

  //初始化：
  SD24CTL = SD24REFS；
  SD24CCTL0 = SD24SNGL | SD24DF；
  SD24INCTL0 = SD24GAIN_16；
  _delay_cycles (3200)；
  (笑声)
  //开始测量2KHz 信号下沿的开始
  SD24CCTL0 |= SD24SC；
  (笑声)
  //读取结果(稍后)
  X = SD24MEM0；

您建议在此代码中进行哪些更改以获取下缘信号的实际值？ 实际上、它是一种介于下缘和上缘之间的随机值

您说结果不稳定。 您是否等待数字滤波器稳定？ 您不仅可以启动 Σ-Δ ADC、还可以立即获得完美的结果。

我们使用 SD24OSR 的默认值(OSR = 256)。 如"MSP430i2xx 系列用户指南(修订版 a)"第350页(3.2.7.2数字滤波器输出)、我认为如果要读取两个高字节、我们必须使用该值。 这是正确的、还是我们应该使用其他值？

不正确、您需要将 OSR 设置为256 才能获取高字节。 如果您目前没有建议的抗混叠滤波器、我会考虑添加该滤波器。 10kHz 是系列用户指南建议的截止频率。  

对我来说、3k Ω 的源阻抗似乎不够高。 由于该器件上的 SD24没有集成缓冲器、因此可能需要考虑输入阻抗、但惠斯通电桥阻抗非常低。 这里还有什么东西可能会增加您的阻抗或耦合噪声、也许是长电缆？  

我在数据表中找不到采样率的计算公式。 它写在哪里？ 实际上、2KHz 信号的采样代码似乎无法正常工作。

我在上一篇文章中链接到的 Σ-Δ 常见问题解答文档的第5.2.1节介绍了如何获取采样率。  

如该公式所示、ADC 采样频率(fs)是过采样率(OSR)上的调制频率(FM)。  您可能还会听到有时称为输出数据频率的采样频率、在这种情况下、您的调制频率可能称为采样频率。 我看到的语言并不总是一致的。 必须了解的是、在 Σ-Δ 上、它输出数据的频率(在本例中为1.024MHz/256 = 4kHz)、并且它实际运行频率(1.024MHz)。 这两者与过采样率有关。  

这部分代码对我来说很好。  

在这里、您如何对该信号的下沿进行计时并触发转换？ 这是在 ISR 内部发生的吗？

这部分看起来也不错。 您的大多数代码 实际上与我们的示例非常匹配。  

您也可以尝试按照 David 的建议添加其他延迟。 这种测试应该相当快。

此致、
Brandon Fisher

感谢您的回答。

是的、我等待数字滤波器稳定。 此外，在开发的这一步中，PCB 始终处于通电状态(稍后，我们必须使用 LPM 进行优化，断电...，但这些问题目前还不存在)。 实际上、第一个测量是在上电几秒钟后进行的(用于测试的手动模式)。

电路的模拟侧没有长电缆。 惠斯通电桥和 MSP430之间 PCB 上的长度约为5cm。 我们是否需要额外的电容器来滤除噪声。

硬件：

由于测量的电桥电压高于1.158V 的内部基准电压、因此我们在 MSP430的内部200K 中插入了两个额外的电阻器、以便 Vin+和 Vin-在电桥的中性位置都处于大约0.6V 的位置。 电容器还具有100nF 的电容。

是否对此电路有进一步的建议？ 实际上、我并不完全理解 SD24的内部工作。 我们是否需要使用两个电阻器来降低基准电压下 Vin+和 Vin-处的电压、或者我们是否可以直接将电桥连接到 Vin+和 Vin-？

对于 SD24GAIN_16、数据表显示了一个 Vref/gain=58mV 的值。 这是否意味着 Vin+和 Vin-必须都低于0.58mV、或者只有差值(Vin+- Vin-)必须低于0.58mV。 因为如果第一种情况属实，那么我们绝对需要一个输入电压设置 为 GND 的轨到轨输出仪表放大器(INA333，...)来满足这些规范。 在第二种情况下、我认为我们可以将桥直接连接到 MSP430。

软件：

对于最终版本、我们需要确切知道 SD24MEMx 值何时就绪。 因此、我尝试使用以下初始化：
SD24CCTL0 = SD24SNGL | SD24DF | SD24OSR_256 | SD24IE；

和相关的读取函数：
SD24CCTL0 |= SD24SC；
while (！ (((SD24CCTL0和 SD24IFG)))｛；｝  //等待中断
X = SD24MEM0；
SD24CCTL0 &=~SD24IFG；

在我看来、SD24IFG 标志在任何时候都没有被置位。 它堆叠在 while 循环中。 代码中的错误在哪里？

您既启用 SD24中断、又使中断标志极点。 一个或另一个将起作用、但不能同时起作用。 如果您启用了全局中断、那么您更有一个针对该中断的中断服务例程。 (提示：当您读取 SD24MEM 寄存器时、IFG 标志会自动复位。)

即使输入是在图表中绘制的、这些输入阻抗也不是恰好为1%的电阻器。 甚至不是10%。 因此无法精确调节输入电压。

我看不到您在等待数字滤波器稳定的位置。 例如、设置 SD24INTDLY。