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[参考译文] LM4051-N:使用 LM4051-N 作为电平转换电路的源、但我获得了输出非线性误差

Guru**** 2330830 points
Other Parts Discussed in Thread: OPA387, LM4051-N, ADS1114
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/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1346305/lm4051-n-using-lm4051-n-as-a-source-for-a-level-shifting-circuit-but-i-get-non-linear-error-in-output

器件型号:LM4051-N
主题中讨论的其他器件:OPA387ADS1114

我要将信号从-12V 到+12V 的电平转换为0V 到4V、我要使用分压器对/6进行电平转换、然后使用 LM4051-N (A 级)移动整个信号。 LM4051-N 的输出馈送到 OPA387运算放大器、然后其输出进入 ADS1114 ADC。 我要说的问题是、这种布置的仿真输出电压与实际输出电压不匹配、请注意在更糟糕的情况下误差是1到10mV、但这乘以这条线会在 ADC 读数中产生高达300mV 的误差。 当我以0.5V 的增量改变输入信号时,我测量了一些输出电压,所以从-11V 到+11V ,我们得到了超过40个样本,我从模拟和实际电路都绘制出来:

这是仿真中电路的输出、它可能看起来是线性的、但实际上并不是、从两个并排读数中减去并不总是能得到相同的结果。

这是我实际制造的电路的输出。

该值是仿真输出和实际输出的减法。 实际电路 与仿真输出电压相比始终缺少几毫伏的电压、这是我试图消除或使其成为线性的误差、而不是随机的噩梦。 我添加图形只是为了描述误差似乎是随机的、如果从仿真输出电压中减去误差、您将从我的实际电路中得到电压 im 读数。

不同天之间测得的 Iv 与此方差保持不变、因此误差至少是恒定的、相同的输入始终会产生相同的输出。

一些额外的细节, iv 测量时有一个负载连接和没有负载连接,这没有什么区别,我还尝试了两个不同的电源充当电压信号,我再次看到没有变化. 分压电阻的容差为0.5%。

我的电路可能有什么问题、如果在硬件中无法修复、可以在软件中执行什么操作?

以下是仿真电路以及如何将电路连接到试验电路板上、红色区域用于设置我需要从 LM4051获取的电压(2.41V)来转换输入信号、蓝色区域是实际信号输入和电平转换区域。

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    您好!

    您要测量 LM4051的输出电压是多少? 对于200和270欧姆的电阻器、输出应该大约为2.466V。

    与仿真相比、这可能会导致偏移。 您能否分享您的运算放大器原理图、以及您是在运算放大器断开连接的情况下在运算放大器的输出端还是在分压器的输出端进行测量? 如果您在运算放大器的输出端进行测量、随着输入电压变得更接近电源轨、它可能会导致输出变为非线性。

    此致!

    沃尔特

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    LM4051的 R1为200、R2为207、Vref 为1.19V、因此1.19 **[(207 / 200)+ 1]= 2.42165V、这是比仿真高11.65mV、我没有注意到这一点、因此我们现在记下这些内容。

    现在我针对运算放大器断开连接时的波形图进行了测量、如果连接运算放大器、我实际上读出的电压会更高、但当我连接 ADC 时、无论如何都会给出正确的读数、因此 ADC 与我的万用表一致、 我从来不知道如何从运算放大器中读取更高的电压、但 ADC 获得了正确的读数、我只是独自离开运算放大器、因为我对它们的了解不大。

    因此、在运算放大器断开连接的情况下、我得到非线性误差图、在连接运算放大器的情况下、我得到相同的图形。

    运算放大器和 ADC 一样有一个0.1uF 的去耦电容器、但 LM4051没有。 由于您提到了轨到轨特性、我的确更改了电源功率、使其与我使用的实际电路相一致。



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    您好!

    电阻器可能会自发热、从而导致分压器出现非线性。 您能否尝试在分压器中使用较小的电阻器、例如2k 和10k 或200和1K。 如果较低的电阻不产生影响、您可以尝试增大电阻、因为 LM4051输出电压会随负载电流略有变化。 通过分压器的电流越小、影响就越小。

    谢谢。

    沃尔特  

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    沃尔特、您好、我还没有尝试过您的建议、因为我专注于我的项目的另一个方面、但今天我回到了这个话题、我想问一下、从一开始、我选择的分流电压是否是个不好的选择? 我基本上没有电流、电压看起来足够稳定、因此我抓住了机会、但作为一名没有经验的家伙、我始终脑海中浮现出电流、这可能是我做出了一个错误的选择。 感谢您的帮助。

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    您好!

    LM4051应该可以使用。 我没有要测试的 LM4051、但我使用的 LM4041具有相同的功能、但规格略低。 我为20k 和100k 分压器使用了0.1%的电阻器。 我测量的是 LM4041的确切输出电压以及20K 和100K 电阻的确切电阻、并使用带偏移的电阻分压器公式计算预期的输出电压、而不是仿真。 输出电压= V (LM4041)+(Vin-V (LM4041))*(20000/100000+20000)

    我使用了直流电源作为输入电压、并使用6.5位万用表测量了输入和输出电压、以确保其准确。

    在整个输入范围内、误差百分比恒定为0.16%、这是可以忽略不计的。

    误差图是线性的、我测得的最大误差仅为6.7mV、远低于您最大的测量误差65mV。  

    奇怪的是,你看到这么多的变化。 这可能是您的测量设备出现问题、或者电阻器处于其容差额定值的最远端。 除非您手动选择电阻器、否则仿真将会有几%的误差。  

    谢谢。

    沃尔特

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    Walter、您愿意在自己的时间试驾我的线路、我们不胜 感激!! 它给了我勇气和信任我需要继续挖掘,我发现问题,它是4051它自己, 必须有所改进、因为我曾尝试用另外2个基本直流电源提供电平转换所需的直流电压 、而且我确实获得了与您的图类似的波形图、在我的眼中至少表明4051是起作用的、而不是电阻。

    我的电路在试验电路板上、我燃烧了我使用的每一个芯片中的至少一个、共6次失败、代价高昂的错误和耗费时间的错误、我再也不能相信这个电路在试验电路板上、但它现在没用、因为我可以改用 PCB 了、 在您的帮助下、我现在对该电路可以在 PCB 和全新 IC 上可靠工作感到满意。

    我会等2天来标记这个帖子"已解决"只是如果你想添加任何东西,我再次非常感谢你。

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    我希望您的项目取得成功! 如果您有任何其他问题、请告诉我。

    谢谢。

    沃尔特