Нелинейность ADS1241, Нелинейность ADS1241 Опции

[fox1]

Добрый день ! В результате работы с АЦП ADS1241 выяснилась одна очень неприятная особенность - сильная нелинейность данной АЦП. Идет измерений температуры в два этапа.
Схему привожу. Термодатчик - Pt HEL701. Проверяю по магазину сопротивлений Р4831. При измерении 1 ком замеряется 996 ом, при измерении 1,3 ком - измеряем на 1,3 ом меньше.
Измеряю в буферированном режиме. Пробовал коэффициенты усиления 16, 8, 4. Что может быть ? Откуда такая нелинейность ? АЦПуха отличная ... жаль отказываться от не ...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

Добрый день ! В результате работы с АЦП ADS1241 выяснилась одна очень неприятная особенность - сильная нелинейность данной АЦП.

Вы бы прежде привели график зависимости измеряемого от задаваемого...
И обычно сопротивление измеряют немного иначе, - исключают дрейф или нестабильность опорного напряжения.
Нужен один эталонный резистор. Он у Вас где? И зачем Вы так маленький ток используете? А какая точность измерения температуры Вам нужна?

АЦПуха отличная ... жаль отказываться от не ...

Раз "она" отличная, то в чем же дело?

[Plain]

Что может быть ?

Например, забыли отключить подтяжки. Или питаете динамически и забыли про это.

[fox1]

Например, забыли отключить подтяжки. Или питаете динамически и забыли про это.

Сейчас питаю статически (постоянно запитан)


1. Измеряется Rt
2. Измеряется Rref (1 kom)
3. Берется их отношение

Все это делается для того, что бы не калибровать опору АЦП, калибровка по температуре в 1 точке (крутизна)

В данном случаю наблюдаю сильную нелинейность АЦП

Маленький ток - маленькое потребление прибора и нет саморазогрева терморезистора.
Ток увеличил - стало получше, но измеряю в буферированном режиме - типа 5 ГОм входное - похоже врут техасцы

Сообщение отредактировал fox1 - Jul 12 2013, 07:36

[Tanya]

типа 5 ГОм входное - похоже врут техасцы

Они не учитывали утечки у Вас на плате и где-нибудь еще там... в конденсаторах... Применяла из этой серии АЦП - все там нормально.

В данном случаю наблюдаю сильную нелинейность АЦП

А нам покажете?

Маленький ток - маленькое потребление прибора и нет саморазогрева терморезистора.

Не так уж этот черт страшен, как его малюют.
Вы так и не сказали, какая точность Вас устраивает.

[sensor_ua]

Возможно, кроме входных токов/сопротивлений, подается напряжение питания U_T или якобы 3.3 В несколько ниже и тогда наблюдаем выход за Analog Input Range MAX --> AVDD – 1.5 V

[Tanya]

А взять хороший цифровой вольтметр и проверить? Это самое простое.

[Plain]

Сейчас питаю статически (постоянно запитан)

Штирлиц в очередной раз прав, что запоминается последняя фраза, но всё же ответьте и на первую.

[fox1]

А взять хороший цифровой вольтметр и проверить? Это самое простое.

Хорошим вольтметром и производим измерения - U1252A

Они не учитывали утечки у Вас на плате и где-нибудь еще там... в конденсаторах... Применяла из этой серии АЦП - все там нормально.


А нам покажете?


Не так уж этот черт страшен, как его малюют.
Вы так и не сказали, какая точность Вас устраивает.

Если бы была утечка - она бы не зависела от коэффициента усиления АЦП

[Tanya]

Хорошим вольтметром и производим измерения - U1252A

Так что же он показывает, если измерять параллельно АЦП?

[fox1]

А взять хороший цифровой вольтметр и проверить? Это самое простое.

То резисторы показывают себя одинаково - а по показаниям АЦП - разные

K=16 Rt Ut Uref Ut/Uref Rref
1000 94,5 93,16 1,0144 985,82
1100 103,55 92,88 1,1149 986,65
1200 112,56 92,59 1,2157 987,10
1370 127,74 92,102 1,3869 987,79
1,97

K=8 Rt Ut Uref Ut/Uref Rref
1000 94 93,11 1,0096 990,53
1100 102,98 92,8 1,1097 991,26
1200 112 92,53 1,2104 991,39
1370 127,12 92,05 1,3810 992,04
1,51

K=4 Rt Ut Uref Ut/Uref Rref
1000 92,33 91,92 1,0045 995,56
1100 101,21 91,66 1,1042 996,21
1200 110,00 91,4 1,2035 997,09
1370 124,98 90,96 1,3740 997,08
1385 126,3 90,93 1,3890 997,13
1,57

K=1 Rt Ut Uref Ut/Uref Rref
1000 92,04 91,66 1,0041 995,87
1100 101 91,43 1,1047 995,77
1200 109,73 91,16 1,2037 996,92
1370 124,63 90,74 1,3735 997,46
1385 125,97 90,69 1,3890 997,11
1500 136 90,39 1,5046 996,95

К - коэф. услиленяи АЦП
Rt - сопротивление на магазине сопротивлений (поверенный)
Ut - падение напряжений на Rt по показаниям АЦП
Uref - падение напряжения на Rref по показаниям АЦП
Rref - расчетное значение опорного резистора Rref
номинальное значение опорного резистора - 1 ком (С2-29 0,1%)

Возможно, кроме входных токов/сопротивлений, подается напряжение питания U_T или якобы 3.3 В несколько ниже и тогда наблюдаем выход за Analog Input Range MAX --> AVDD – 1.5 V

падение напряжения на Rt будет примерно от 100 до 130 мВ - падение на самом резисторе примерно. Относительно земли -> +100 мВ
И при чем Analog Input Range MAX --> AVDD – 1.5 V ????????


Сообщение отредактировал fox1 - Jul 12 2013, 10:03

[sensor_ua]

И при чем Analog Input Range MAX --> AVDD – 1.5 V ????????

У Вас синфазное по AIN6 близко к этому значению.

[fox1]

У Вас синфазное по AIN6 близко к этому значению.

Что вы подразумеваете под словом "синфазное" ???

На выводе AIN6 абсолютное (относительно земли) напряжение не превышает 350 мВ

[sensor_ua]

На выводе AIN6 абсолютное (относительно земли) напряжение не превышает 350 мВ

Это не соответствует приведенной схеме - в ней есть R21

[fox1]

Это не соответствует приведенной схеме - в ней есть R21

В смысле ?

ЗЕМЛЯ - R21 - Rt - R26 - R28 - +3,3В DC - вот схема

на R28 упадет примерно 3000 мВ
на R26 упадет примерно 100 мВ
на Rt упадет примерно 100 - 150 мВ
на R21 упадут остатки - примерно 100 мВ

[sensor_ua]

R21 на схеме указан 20 к - это сколько?!!!

[fox1]

R21 на схеме указан 20 к - это сколько?!!!

20 кОм

[sensor_ua]

ЗЕМЛЯ - R21 - Rt - R26 - R28 - +3,3В DC - вот схема

на R28 упадет примерно 3000 мВ
на R26 упадет примерно 100 мВ
на Rt упадет примерно 100 - 150 мВ
на R21 упадут остатки - примерно 100 мВ

На 22 ком 3000 мВ, а на 20 ком примерно 100 мВ - понимаю так, что боевых условиях Закон Ома работает с поправкой на ветер

[fox1]

На 22 ком 3000 мВ, а на 20 ком примерно 100 мВ - понимаю так, что боевых условиях Закон Ома работает с поправкой на ветер

Уже пошли придирки

Rt - платиновый терморезистор - при помощи магазина сопротивлений происходит имитация значения температуры. На нем падает примерно от 100 до 130 мВ (в зависимости от сопротивления - я привел табличные данные)
На опорном резисторе Rref - падает примерно 100 мВ

Сообщение отредактировал fox1 - Jul 12 2013, 11:18

[Herz]

Уже пошли придирки

Какие придирки? Внимательнее надо быть.

ЗЕМЛЯ - R21 - Rt - R26 - R28 - +3,3В DC - вот схема

на R28 упадет примерно 3000 мВ
на R26 упадет примерно 100 мВ
на Rt упадет примерно 100 - 150 мВ
на R21 упадут остатки - примерно 100 мВ

Это действительно странная арифметика? Какие остатки? Это Вы резистору, по номиналу почти равному тому, не котором падает 3000 мВ, оставили всего 100 мВ? И он не обидится? Ведь ток через них проходит общий, разве нет?

[Xenia]

Rref - расчетное значение опорного резистора Rref

А вы откуда опорное напряжение берете? А то у вас на схеме написано "+2.4 В", а откуда они берутся непонятно. Если у вас источника опорного напряжения нет, а Vref вы берете с делителя (на это предположение наталкивает ваш термин "опорной резистор Rref"), то нелинейность в зависимости от токопотребления вполне объяснима.

[Tanya]

То резисторы показывают себя одинаково - а по показаниям АЦП - разные

K=16 Rt Ut Uref Ut/Uref Rref
1000 94,5 93,16 1,0144 985,82
.........

И еще тонны чисел. Вы полагаете, что найдутся желающие их набивать для получения графика?

[fox1]

А вы откуда опорное напряжение берете? А то у вас на схеме написано "+2.4 В", а откуда они берутся непонятно. Если у вас источника опорного напряжения нет, а Vref вы берете с делителя (на это предположение наталкивает ваш термин "опорной резистор Rref"), то нелинейность в зависимости от токопотребления вполне объяснима.

Вот опорное напряжение.

И еще тонны чисел. Вы полагаете, что найдутся желающие их набивать для получения графика?

Вот с графиками (могу файл прикрепить)

Какие придирки? Внимательнее надо быть.


Это действительно странная арифметика? Какие остатки? Это Вы резистору, по номиналу почти равному тому, не котором падает 3000 мВ, оставили всего 100 мВ? И он не обидится? Ведь ток через них проходит общий, разве нет?

Придирки придирки
Я очень внимателен

Посчитать то сложно что ли. На схеме номиналы указаны. Нет только Rt - на HEL 700 упадет от 100 до 130 мВ - остальное все считается легко

Сообщение отредактировал fox1 - Jul 12 2013, 12:00

Эскизы прикрепленных изображений

 

[V.K]

У LM285 вывод 5 не используется (не подключен по даташиту). Для чего к ножке 5 подключена цепочка R5, R2, C2?

И, судя по Вашим заявлениям, из всей шкалы АЦП, используется всего 4%, так?

[fox1]

У LM285 вывод 5 не используется (не подключен по даташиту). Для чего к ножке 5 подключена цепочка R5, R2, C2?

И, судя по Вашим заявлениям, из всей шкалы АЦП, используется всего 4%, так?

Это LM185/LM285/LM385 Adjustable Micropower Voltage References

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm285-adj.pdf

5 ножка используется - это FB

Насчет 4% - а какое это имеет значение ????? Я измеряю напряжение на датчике давления моторола MPX2200A - там 5 - 10 мВ
Я же усиливаю входной сигнал встроенным PGA

Сообщение отредактировал fox1 - Jul 12 2013, 12:23

[Tanya]

Вот с графиками (могу файл прикрепить)
Я очень внимателен

Большое спасибо!
И что же на этих графиках?
Вот берете магазин сопротивлений, крутите ручки его... 0, 50, 100, .... 1000. Это будет абсцисса. И три ординаты - напряжение на магазине, напряжение на опорном резисторе и их отношение.

И Вам уже сто человек написали про R21.

[V.K]

5 ножка используется - это FB

Спасибо, не встречал. Но у LM285 ppm может достигать значения 150. А если делитель для установки опорника сделан на простых резисторах (с высоким ppm), то опорное будет ходуном ходить.

Насчет 4% - а какое это имеет значение ????? Я измеряю напряжение на датчике давления моторола MPX2200A - там 5 - 10 мВ

Это сказывается на точности измерений, если измерение без усиления.

[fox1]

Спасибо, не встречал. Но у LM285 ppm может достигать значения 150. А если делитель для установки опорника сделан на простых резисторах (с высоким ppm), то опорное будет ходуном ходить.



Это сказывается на точности измерений, если измерение без усиления.

Я измеряю отношение номиналов двух резисторов. Опора в этом случае существенного влияния не может оказать, так так резисторы включены последовательно и ток по ним протекает один и тот же.

Большое спасибо!
И что же на этих графиках?
Вот берете магазин сопротивлений, крутите ручки его... 0, 50, 100, .... 1000. Это будет абсцисса. И три ординаты - напряжение на магазине, напряжение на опорном резисторе и их отношение.

И Вам уже сто человек написали про R21.

На графиках есть графа Rref
Она отложена по оси ординат
По оси абсцисс - номинал на магазине сопротивлений

При неизменном номинале установленном резисторе на плате Rref - R26 - расчетное значение постоянно меняется

[V.K]

Опора в этом случае существенного влияния не может оказать, так так резисторы включены последовательно и ток по ним протекает один и тот же.

Тогда какой смысл в использовании подстраиваемого опорника? Только усложнение схемы. Берёте LM285-2.5 и никаких заморочек.
И можно, вообще тогда, без опорника обойтись, поставив RC-фильтр по питанию.

А, используя, всего 4% от шкалы, теряете в точности.

[fox1]

Спасибо, не встречал. Но у LM285 ppm может достигать значения 150. А если делитель для установки опорника сделан на простых резисторах (с высоким ppm), то опорное будет ходуном ходить.



Это сказывается на точности измерений, если измерение без усиления.

150 ppm/C -> 150 * 10-6 * номинал -> 150 * 10-6 * 2400 мВ -> 360000 * 10-6 мВ -> 360 * 10-3 мВ -> 360 мкВ по отношению к 2400000 мкВ .....

Тогда какой смысл в использовании подстраиваемого опорника? Только усложнение схемы. Берёте LM285-2.5 и никаких заморочек.
И можно, вообще тогда, без опорника обойтись, поставив RC-фильтр по питанию.

А, используя, всего 4% от шкалы, теряете в точности.

2,5 не могу использовать - не попаду в буферированный диапазон АЦП
2,048 - существенно уменьшу динамический диапазон измерения

у меня поляризационное напряжение на датчик идет 600 мВ
2500 - 600 = 1900 мВ - не попадаю
2400 - 600 = 1800 мВ - попадаю
3300 - 1500 = 1800

4% - и что я теряю ???????

Сообщение отредактировал fox1 - Jul 12 2013, 12:56

[Plain]

резисторы включены последовательно и ток по ним протекает один и тот же

Это хорошо, что наконец-то сознались. Итак:

на R28 упадет примерно 3000 мВ

3000 мВ / 22 кОм = 136 мкА

на R21 упадут остатки - примерно 100 мВ

136 мкА * 20 кОм = 2727 мВ

Бинго! Виновник найден — это неправильный пчёл R21.

[Tanya]

На графиках есть графа Rref

Вы от нуля постройте. И обозначьте, что и где. Вот и увидим, где тут порылся R21.

[fox1]

Это хорошо, что наконец-то сознались. Итак:


3000 мВ / 22 кОм = 136 мкА


136 мкА * 20 кОм = 2727 мВ

Бинго! Виновник найден — это неправильный пчёл R21.

3300 мВ / 44 кОм = 75 мкА

и почему же R21 неправильный ????????????????
Rt = 1 кОм

[Plain]

Похоже, уже пора обратить внимание модераторов на эту непрекращающуюся игру в одни ворота — что Вы сыплете тут знаками вопроса, когда сами каждый первый из них игнорируете. Ответьте, для начала, на этот:

Хорошим вольтметром и производим измерения - U1252A

Так что же он показывает, если измерять параллельно АЦП?

Повторю, покажите нам напряжения на Rt и R26, которые показывает Ваш U1252A при работающем АЦП.

[MrYuran]

К сожалению, тема имеет место быть.
Вот мои личные исследования.
К сожалению, только скан, ибо xls исходник безвозвратно сгинул в дебрях винчестера.



В первой части подавалось на вход напряжение, снималось измеренное значение при разных значениях усиления и пересчитывалось в напряжение через Uref (2,048В REF191)

Во второй - снял более подробно на единичном усилении и отнормировал (см.график)
ADC_Calibr - пересчитанное значение (которое, в принципе, должно было само получиться после автокалибровки АЦП, но не получилось)
Итоговая ошибка - сотые доли процента.
Отсюда складывается вывод, что само АЦП линейное, но имеется смещение, которое почему-то не устраняется внутренними калибровками.

[Tanya]

Отсюда складывается вывод, что само АЦП линейное, но имеется смещение, которое почему-то не устраняется внутренними калибровками.

А кто бы сомневался, что если все правильно собрать, то будет соответствовать даташиту. Иначе бы фирму давно бы разорили. А нуль (в данном случае - приборный) и не должен компенсироваться внутри. А именно снаружи.

[MrYuran]

А нуль (в данном случае - приборный) и не должен компенсироваться внутри. А именно снаружи.

Предлагаете на каждом пределе калиброваться по двум внешним эталонам?

[Tanya]

Предлагаете на каждом пределе калиброваться по двум внешним эталонам?

Зачем? Нуль и полная шкала. Полная шкала - внутренняя калибровка. Нуль только остается. Естественно, нужно знать опорное напряжение.

[Ruslan1]

1. Измеряется Rt
2. Измеряется Rref (1 kom)
3. Берется их отношение

Этот подход стратегически опасный, так как измерения делаются неодновременно. Нужно как минимум измерить еще раз и убедиться что разброс между соседними измерениями не превышает требуемой точности. И только после этого имеете право использовать отношение неодновременно измеренных величин. Да и то теоретически остается вероятность ошибки.
метод имеет право на жизнь, но требует дополнительных подстраховок.

Привели бы Вы таблицу (уверен, что оно у Вас уже есть намеренное) от Rmin to Rmax, в которой указано:
1. Сопротивление с магазина сопротивлений , причем реальное в точках подключения к плате, а не выгравированное 30 лет назад под крутилками)
2. Измеренное Вашей схемой сопротивление.
3. реальное отклонение в %
4. расчетное отклонение в %
5. Требуемое отклонение согласно ТЗ.
6a. код АЦП первого измерения Rt
6b. код АЦП второго измерения (Rref)

Причем не рисунки, а нормальный excel файл, чтобы не отбить желание помочь.

А ошибка может быть и от расчетов и от методик усреднения и много от чего математического, не обязательно от схемы. Скажем, выбрали 4-байтовый float вместо 8-байтового и привет.

P.S. А измерение сопротивлений- это мое любимое. Медленно, точно, и легко поддается проверки в лабораторных условиях, красота