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[参考译文] LDC1101：以 L 值为单位进行剪切

admin
Guru**** 2616675 points

Other Parts Discussed in Thread: LDC1101, LDC1614

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/sensors-group/sensors/f/sensors-forum/579413/ldc1101-blips-in-l-values

器件型号：LDC1101
主题中讨论的其他器件： LDC1614

我们遇到了一个奇怪的问题、即在 R+L 模式下进行测量时、LDC1101的 L 测量的每157个样本都是低电平。  

有什么想法、为什么会发生这种情况？  

下面是我们的一些设置参数：

寄存器设置：

RP_SET

TC1.

TC2.

DIG_CONF

0x24

0xDB

0xf9

0xB7.

传感器参数：

传感器 100.0 PF
传感器(无目标) 73.50 µH μ A
fSENSOR (无目标) 1.856 MHz
传感器 Rp
12时 kΩ@1.856MHz
Rs 61.25. 2.
Rs 61.25. Ω μ A
传感器直径 23.00
毫米
最接近的目标距离 15.00美元
毫米
传感器直径 mm 23.00
目标距离 mm 15.00美元
比率 0.65
L 比例因子 0.98
fSENSOR (有目标) 1.87 MHz

我们的传感器时钟以8MHz 的频率运行。  我们的主 IC 在 DRDY 中断上获取数据。

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    TI__Guru**** 2616675 points
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    你好、Zach、
    这是在连续转换模式下运行、还是每个数据点代表启动后的第一个采样？
    谢谢、
    Luke
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    TI__Guru**** 2616675 points
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    你好、Zach、
    您能否确认接收到 DRDY 中断并以比转换时间更快的速度读取数据？ 如果时间有限或略慢、则您读取的数据可能会损坏。 从 LDC1101数据表的第9.1.15节中删除

    '当 SDO 上报告了 LHR-DRDY 或 RPL-DRDY 时、SDO 引脚在转换完成后置位。
    在此模式下、如果在读取输出时完成新的转换、则转换数据可能会损坏
    数据寄存器。 为了避免数据损坏、通过 SPI 检索转换速率比要快
    最短的转换间隔、并确保在可能进行新转换之前检索数据
    完成。"

    此致、
    Luke
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    TI__Guru**** 2616675 points
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    Luke、

    这是后一种方法--我们通过 FET 为 LDC1101提供门控电源，并在低占空比下开启和采样，从而试图满足激进的功率预算。  您看到的波形是为 LDC1101加电、获取一个样本并断电的脚本的结果。

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    TI__Guru**** 2616675 points
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    回复：等待接收 DRDY --答案是肯定的。 DRDY 触发一个中断、该中断将在50-100us 内抓取样本。
    还有其他想法吗？ 我们目前正在研究是否允许 LDC 在配置之前有足够的启动时间--我想我们可能会在那里有一个硬编码的0.8ms 延迟，但乍一看，这是标称启动时间，而不是最大值
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    TI__Guru**** 2616675 points
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    Luke、还有一些问题：

    1) 1)我们注意到、上电后、Rp+L 模式下的 DRDY 需要几个采样时间间隔。 我们对此感到非常沮丧、因为我们将积极的功率预算建立在预期的基础上、即我们能够在 RESP_TIME 结束后立即获取样本。 是否有办法加快这一速度、缩短 RESP_TIME？ 根据我们的电流设置、我们期望采样开始后的采样值为1.024ms。 目前、它花费的时间更像是4-5ms。

    2) 2)利用我们独特的设置(大铁磁钢目标距离线圈~15mm)、我们可以看到 Rp 数据的 SNR 比 L 数据要好得多。 在 Rp+L 模式下、是否有方法禁用 L 测量？
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    TI__Guru**** 2616675 points
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    你好、Zach、

    只有在 DRDYB 被置为有效之前读取数据、我们才能重新创建问题。 请注意、在这种情况下置位意味着读取0。 您能否在回读 DRDYB 状态和数据的地方运行测试？ 当 DRDYB 为1时、我预计会发生压刀、而当 DRDYB 为0时、结果有效。 您能确认这一点吗？

    [引用 user="Zach Williams">我们注意到、上电后、Rp+L 模式下的 DRDY 需要几个采样时间间隔。 我们对此感到非常沮丧、因为我们将积极的功率预算建立在预期的基础上、即我们能够在 RESP_TIME 结束后立即获取样本。 是否有办法加快这一速度、缩短 RESP_TIME？ 根据我们的电流设置、我们期望采样开始后的采样值为1.024ms。 目前、这需要更长的时间、例如4-5ms。

    Rp+L 模式采样率基于 RESP_TIME 和 FSENSOR。 如果您减少 RESP_TIME 或增加 fsensor、则可以获得更快的采样率。 FCLKIN > 4 fSENSOR_MAX÷SENSOR_DIV 的限制仅适用于 LHR 模式。 但是、如果您主要对 RP 数据感兴趣、那么较低的传感器频率实际上会产生较大的响应。 因此、您可能会通过降低传感器频率和减少 RESP_TIME 找到折衷方案。  

    [引用 USER="Zach Williams">我们独特的设置(大铁磁钢目标距离线圈~15mm)使 Rp 数据的 SNR 比 L 数据要好得多。 是否有方法在 Rp+L 模式下禁用 L 测量？

    RP + L 模式始终为您提供两个读数。  
    [引用 user="Zach Williams"]我们目前正在研究是否允许 LDC 在配置之前有足够的启动时间--我想我们可能会在那里有一个硬编码的0.8ms 延迟，但乍一看，这是标称启动时间，而不是最大值[/引述]
    直到0.8ms 后、器件才会完全上电。 因此、如果您事先写入寄存器设置、则可能不接受这些设置。 快速检查一下、您可以简单地读回您写入的寄存器、以确保它们被接受。

    此致、
    Luke

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    TI__Guru**** 2616675 points
    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。

    谢谢 Luke --

    只有在 DRDYB 被置为有效之前读取数据、我们才能重新创建问题。 请注意、在这种情况下置位意味着读取0。 您能否在回读 DRDYB 状态和数据的地方运行测试？ 当 DRDYB 为1时、我预计会发生压刀、而当 DRDYB 为0时、结果有效。 您能确认这一点吗？

    我们将记录每个样本的状态寄存器-它始终读取0x28或二进制"0010 1000"... 因此 DRDYB = 0、这意味着新数据已就绪。

    Rp+L 模式采样率基于 RESP_TIME 和 FSENSOR。 如果您减少 RESP_TIME 或增加 fsensor、则可以获得更快的采样率。 FCLKIN > 4 fSENSOR_MAX÷SENSOR_DIV 的限制仅适用于 LHR 模式。 但是、如果您主要对 RP 数据感兴趣、那么较低的传感器频率实际上会产生较大的响应。 因此、您可能会通过降低传感器频率和减少 RESP_TIME 找到折衷方案。  

    RP + L 模式始终为您提供两个读数。  

    直到0.8ms 后、器件才会完全上电。 因此、如果您事先写入寄存器设置、则可能不接受这些设置。 快速检查一下、您可以简单地读回您写入的寄存器、以确保它们被接受。

    大家好、谢谢！

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    TI__Guru**** 2616675 points
    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。

    你好、Zach、

    这很奇怪。 在收到中断后、您是否尝试在读取数据之前添加等待、以查看这是否解决了问题？

    我们尝试了多种不同的配置、只有在4个转换周期完成(DRDYB = 1)之前读取、才能获得无效数据。

    这是我们在工作台上看到的内容。

    设置

    转换时间=720uS

    RESP_TIME=6144

    Fsensor=2.9MHz

     

    光标显示稳定时间后的4个转换周期(~2.8ms)。

    1：退出睡眠模式

    #2：读取状态和 RP+L 输出代码

     

    读取的数据无效：DRDYB 位=1、Rp=7450=2.2562k Ω、ODR=6770=2.42MHz=14.416uH

    有效数据读取：DRDYB 位= 0、RP=44264、6.1619k Ω、ODR=5769=2.84MHz=10.468uH

    此致、

    Luke  

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    TI__Guru**** 2616675 points
    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。
    嗯... 据我所知、我们尚未实施时间延迟、尽管简单地推出第一个样片并使用下一个样片似乎有所帮助。

    该项目的 FW 主管直接提到、当我们连续采集样本时、L 值看起来会逐渐上升(原始值也会下降)。

    在我看来、您可能会像在开发套件中那样以12MHz 运行传感器时钟。 由于 MCU 的限制、我们必须使用8MHz。 降低飞克力会在某种程度上影响这一点吗？
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    你好、Zach、
    更改基准时钟不应影响功能、只应影响噪声性能(更高=更好)。 我们使用8MHz 来检查上述结果。
    谢谢、
    Luke
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    TI__Guru**** 2616675 points
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    谢谢 Luke。

    我刚才意识到的另一点是：LDC1101的所有旁路电容都是我们用于栅极电源的 FET 的下游。  当我们将其关闭时、完全衰减需要~10s。  重复采样时是否可能会浏览 LDC1101、这样我们就可以获得有趣的数据？

    下面、Ch1是 LDC 在几个不同时间刻度下的电源轨：

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    TI__Guru**** 2616675 points
    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。

    你好、Zach、
    电源线上的衰减看起来确实很长。 从示波器屏幕截图中、如果您在大约0.5秒后重新打开 FET、则可能不允许器件进入 POR 状态、LDC 仍可进行转换！ 您打开 FET 的频率如何？ 此外、您是否在转换后写入寄存器以在关闭 FET 之前返回睡眠模式？ 在最终转换后、如果您没有进入睡眠模式、然后关闭 FET、则当电源电平显著下降时、器件仍可进行转换、这是您下次读取的代码。  
    CLKIN 信号也可能导致问题。 您是在整个转换过程中运行 CLKIN、还是也在循环开关 CLKIN？ 如果您将电源门控到 CLKIN 信号和 LDC、则 CLKIN 信号可能不会在转换开始时启动、或者如果在转换结束之前关闭、这肯定会导致您看到的鞭状现象。
    如果您确认 CLKIN 信号看起来正常、则还可以将 LOPTIMAL 和 DOK_REPORT 位设置为1、查看 L 上的尖峰是否消失。 由于此模式不报告 RP、因此仅用于调试。
    感谢您对这一个的耐心等待！
    Luke

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    TI__Guru**** 2616675 points
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    谢谢 Luke！

    我刚才揭示的一点是：当我关闭流向 LDC 的 FET 门控电流时、电源轨的下降时间很长-~10s (推荐的1uF + 0.1uF 旁路电容器)和~2s (移除1uF 电容器后)。 通过打开和关闭 FET 以每秒采样几次、我们是否有可能永久掉电 LDC1101、结果它为我们提供了第一个采样的垃圾数据？

    哎呀。  忽略上述内容。  查看此页面的旧版本、并认为我的上述评论尚未发布。

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    你好、Zach、
    如果 LDC1101未完全关闭或进入 POR 状态、则会获取垃圾数据。 这也会使完成转换的 DRDYB 比预期的4-5ms 快得多。 您可以检查光伏是否对应于速度快得多的 DRDYB 信号。 您能否将不良读数与更快的转换时间相关联？
    谢谢、
    Luke
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    谢谢 Luke --我将在 FET 输出端放置一个电阻器接地，以尝试在 LDC1101上强制执行 POR。 我可能还会让一名 FW 人员帮助我检查早期 DRDYB。 这很好。 我将告诉您它是怎么发生的。
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    TI__Guru**** 2616675 points
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    Luke、

    有关这个项目的更多问题--

    我们发现，根据我们系统的安装方式，我们得到的目标距离超出了我们的电流线圈电路的能力-- 在系统噪声和目标位置的间隙情况下、存在目标和不存在目标的信号略有重叠(即使忽略了"剪切")：

    问题1)-我们正在尝试确定此系统中的噪声源。  当 LDC1101未处于工作模式时、连接到线圈输出的差分探头会产生最小的噪声、因此它可能不来自 PCB 上的其他位置。 我们使用 Rp+L 模式、RESP_TIME 设置为 max  您认为可能的噪声源是什么？  

    问题2)我已经勾画了可用的文献、并提出了这些方法来提高灵敏度和/或降低噪声-是否有任何不在这个列表中的内容？

    • 增加 fclkin (无法使用现有硬件)
    • 增加线圈直径(无法使用现有硬件)
    • 通过增加覆铜重量来增加线圈 Q 系数(可与 L 感应线圈板旋转相关)
    • 通过在线圈输出上添加 ESD 组件来增加 Q 系数(可以处理填充选项更改)
    • 提高铁氧体背衬的磁导率和/或将铁氧体盘添加到线圈中心(可用于电路板旋转)
    • 增加驱动振幅以降低噪声(降低 RPmin 设置？)
    • 获取多个样片和滤波器(无需更改设计)
    • 使用高 Rcount 设置切换到 LHR 模式(可能会中断我们的功率预算)
    • 将传感器频率增加到2MHz 以上(这似乎有助于我们的钢目标、如图所示。  SNOA957的13个版本)

    我们希望将噪声降低与响应增加相结合、因为我们担心在现场、上面图示的情况可能会更糟、我们需要一些裕度。

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    你好、Zach、
    您之前提到过您对 RP 测量感兴趣、这应该能够在较低频率下对不锈钢提供更好的响应。 L 测量将在较高频率下为钢提供更好的响应、因此它是您要寻找的测量类型或两者的组合的折衷。
    至于噪声源、时钟抖动可以发挥作用、特别是低频漂移。 作为一个实验、您可以将 CLKIN 连接到一个干净的发生器、并查看您的噪声是否显著下降。 如果是、则可以考虑在电路板上使用外部振荡器、而不是 MCU 时钟。 对于此测试、您需要将 FET 留在电路板上、以避免在 LDC1101关闭时提供 CLKIN 并超出绝对最大规格。 否则、改善 L 响应的列表是不错的。 我只需尝试缩小现有硬件的问题范围、并在旋转下一个板之前调试噪声。 使用干净的外部时钟源以及通过改变电容来改变传感器频率(更高的频率更适合 L、更低的频率更适合 RP)。
    此致、
    Luke

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    TI__Guru**** 2616675 points
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    谢谢 Luke。

    关于：频率和 Rp 与 L 测量--我们一直关注 Rp，部分原因是这篇博客文章，其中提到 Rp 比 L 更适合一些磁性材料：

    e2e.ti.com/.../inductive-sensing-should-i-measure-l-rp-or-both

    "大多数金属类型都可以通过 L 或 RP 进行同样良好的测量。 但是、有些磁性材料在某些频率下的 L 响应明显小于 RP 响应。 对于这些材料、RP 是更合适的选择。 我们将在即将发布的博客文章中更详细地介绍此主题。"

    我从未找到过有关此主题的后续帖子、我想知道我们的目标材料(4140碳钢或416不锈钢)是否列在此列表中。

    无论如何、我们一直专注于在2MHz 下感应 Rp、但会遇到温度达到或超过总动态范围时的目标 Rp 漂移问题(我们的目标温度将与 PCB 的目标温度进行跟踪、因此无法使用板载温度测量进行补偿)。  我将打开优化 L 的想法、因为我们可以将热敏电阻放置在线圈和电容器附近、并考虑固件中的温度变化。

    我想知道-测量铁金属 L 的最佳频率是多少？  频率进一步增加后、它在哪个点会变得更好？

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    TI__Guru**** 2616675 points
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    你好、Zach、

    感谢您提供更多信息。 是的、RP 会对磁性材料产生更大的响应、尤其是对于较低的传感器频率。 但是、 即使对于不锈钢416等材料、增加传感器频率也可以大大改善 L 测量响应、如您所指出的 SNOA957的图13所示。 原因与趋肤深度有关、而趋肤深度是目标材料的导电性和振荡的传感器频率的函数。

    对于 L 测量、增加传感器频率会降低导体的趋肤深度。 最终的影响是、金属表面会形成更多的涡流、从而使传感器产生更强的反向磁场、从而产生更多的电感漂移。 不锈钢等材料的导电率明显低于铜、因此您需要显著提高传感器频率以实现类似的响应。 该概念可通过以下图进行可视化、该图将频率偏移标准化为铜响应。

    该数据是使用 LDC1614获取的、LDC1101的 LHR 模式本质上是 LHR 模式、但响应应相同。

    此致、

    Luke