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ADS131M04: ADS131M04问题点:离群点,多次重启后输出偏差等

Part Number:ADS131M04

问题1:离群点
软件配置增益为128,电源纹波约为40mV
如下图所示,在称重传感器稳定负载的的状态下监测数据,存在若干点明显与其他值不同,且无法复现,请问一下这些离群点是什么原因造成的?我应该如何一一排查?
问题2:同一通道,系统重启后,输出的值有偏差
在称重传感器负载不变的情况下,ADS131M04同一通道,多次重启后输出的值有所偏差,如下图所示,图中蓝色和橙色是同一输入通道的两次测量数据
Amy Luo:

您好,

1、图1中,纵坐标是什么值?是采集的输出code 还是采集的对应输入的电压值?异常点和正常点对应的输出二进制代码分别是什么?异常点和正常点对应电压值是多少?

您是否可以用示波器测量模拟输入端电压,看下是否有干扰?也建议您用示波器捕捉下SPI通信波形,看下通信波形上是否有干扰造成主控端识别错误,特别是 将MSB位 的0识别为1,就会造成输出有很大的差别。

2、您短接输入端然后接至一共模电压,即将输入差分电压设置为0,然后看系统重启前后输出是否有差别?如果没有差别,那应该是输入电路的问题;如果有差别,检测下重启前后供电纹波是否发生了变化

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ZW Y:

1、图1中纵坐标是经过处理的code,该code是原数据截掉了低8位等操作组成的16位数据,从原始数据来看,不太可能是通信的干扰问题导致的,下图红色的是出错的数据

 由于这种现象是偶然出现的,不太容易观察到电源干扰和该现象出现的情况2、输入短路测试的电压是类似的,这里重新测试后发现了电路中莫名导致差分信号出现了一个固定的电压,是我的电路的问题3、对于pcb的共地的问题,我是否需要将stm32的地与ADS131M04的模拟地和数字地做隔离,还是可以直接共地?4、对于这款ADC,我的电源的性能指标是需要达到多少,比如电源纹波等,目前采样点的抖动幅度code在100左右,电压大约是29uV,请问一下这是正常的吗?怎样调得更优

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Amy Luo:

1、也就是说正常输出数值与异常输出数字相差了大概100个LSB?1 LSB = (2.4 / Gain) / 2^24 ,增益您设置多少?我想看下实际偏离的电压值

2、

ZW Y said:2、输入短路测试的电压是类似的,这里重新测试后发现了电路中莫名导致差分信号出现了一个固定的电压,是我的电路的问题

您这里的意思是差分0输入系统重启后输出也有差别?这里的“固定的电压”是怎么回事?

3、ADS131M04的模拟地和数字地使用0Ω电阻单点连接,ADS131M04的数字地可以和stm32的地直连。在进行上述测试时,这里的地您是怎样连接的?

4、电源纹波40mV频率是多少?PSRR若按80dB算,纹波对输出的影响是4uV

电源纹波对输出影响的评估参数是PSRR。

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ZW Y:

1、增益目前设置的128,这里说的1LSB是16位的数据,不同于24位数据,例如当前的数据是8FFF,实际对于ADS131M04是8FFFXX。当前的100LSB差不多是100/128/(2^15)*1200=28.6uV,这里我的工具测不出来,不能以图片的方式给您展示;

2、从问题2的图的纵坐标可以看出,在上电后的初始值为-9770或-9670,这里说的固定的电压指的就是这个,万用表测量的电压约为2.8mV,与输出的code计算的电压值相等。但是这里的接口电路是参考官方的ADS131M04 评估板的接口电路设计,不明白为何会有这样一个初始电压,不知道官方的评估板是否也有这样一个初始电压。接口电路换为高精度电阻后又出现了新的问题,如下图所示

 这里的纵坐标为code,横坐标为点数,可以看出输出的code随着时间逐渐上升,然后趋于平缓,这里是不是因为电阻或者电路升温导致的?

3、目前的地采用的是整体铺铜的方式,未进行0Ω单点连接,这里也是参考官方的评估板的设计,不知评估板是作何考虑?

4、电源纹波频率约为100Hz,纹波的频率对信号质量会有怎样的影响呢?

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Amy Luo:

我今天休假了,我明天会具体看下您的回复,很抱歉给您造成了不便

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ZW Y:

关于以上的数据的跳动或电压抖动的情况您也看到了,请问一下您这边有没有demo板的测试数据,或者说我的数据的抖动幅度在多少才能达到与官方Demo一致?我需要一组可参考的数据。

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Amy Luo:

首先很抱歉现在才回复您的问题。

1、28.6uV 也基本符合datasheet 误差范围,看下面datasheet 截图,输入失调电压在Global-chop mode  下典型值是±35uV、±15uV;

看figure6-7截图,是在 at TA = 25°C, AVDD = 3 V, DVDD = 3 V, fCLKIN = 8.192 MHz, data rate = 4 kSPS, and gain = 1 with global-chop mode disabled (unless otherwise noted)条件下测得的,输入失调电压是几百个uV。您在测试时是否使能了Global-chop mode?使能Global-chop mode  可以减小输入失调误差。

另外,还有INL、gain、PSRR、噪声等引入的误差。总的误差TUE 计算:

ADC Accuracy Part 2: Total unadjusted error explained

2、您可以附上您的模拟输入处的电路图吗?您是怎样连接实现短路测试的?

问题2的图与输入短路测试有什么关系吗?第2点说的是输入短路测试,我不明白您为什么提到了问题2的图。

问题2的图您是怎样测得的,上面回复的第2点中的图您是怎样测得的?可以分别附上电路图吗?

3、您现在是将将stm32的地与ADS131M04的模拟地和数字地直接铺铜连接的是吗?

EVM板比较简单,它仅用于产品的可行性评估,如下用户指南截图说明:

PCB layout 您可以参考,但一般建议按照datasheet Layout Guidelines中的说明进行设计,下面FAQ您也可以参考:

[FAQ] PCB Layout Guidelines and Grounding Recommendations for High-Resolution ADCs

4、纹波频率越高,PSRR一般越低,但是我在ADS131M04 datasheet中没有找到其AC PSRR曲线图,也就没有100HZ的PSRR参数,也就没法计算100HZ下纹波对输出的影响。

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