【提问】关于ADC的自校准问题
谁叫小明2022/10/24仪器仪表 IP:广东

方案情况:

    近期在思考在ADC过程怎么做到自校准的问题,如图1的ADC方案中,因为其中一路需要负责采集桥式传感器(未画出),所以需要电流输出能力较高的LDO作为激励电压,然而LDO的电压精度一般只能高到99%,为了尽可能消除桥式传感器激励电源的偏差带来的影响,所以ADC芯片的参考电压直接取了LDO的电压以消除共模误差。

    然后该ADC芯片的第二路是负责采集变送器4~20mA电流,电流通过250欧电阻转换为1~5V的电压信号,然而这里的电压信号是与LDO参考电压进行比较,因为上述LDO电压精度不高的问题,采样回来的电压信号必定与参考电压存在共模误差,所以希望能引入一种自校准方案尽可能消除这样的误差。

自校准电路.jpg

图1


校准步骤:

    为解决共模误差问题,我想到的一个方法就是在输入端引入一个基准电压源,在校准程序开始后将按以下步骤进行:

  1. 关闭4~20mA信号

  2. 控制NMOS管导通

  3. 计算ADC的IN+对地Offset误差并记录

  4. 控制NMOS管截止

  5. 控制PMOS管导通

  6. 采集标准电压并计算记录出均值

  7. 用基准电压反推出参考电压的误差并存储于Flash中


    在得到参考电压的误差后,我们用采集的数据都乘以这个误差倍数,从而得到较为精准的数据。


方案误差:

    在步骤5中PMOS管存在导通电阻Rdson,但一般都控制在几十毫欧左右,按恶劣情况记Rdson=0.1欧的情况下,ADC采集到的电压误差应为:

erro<(1-250/250+0.1)=0.04%

    一般固定基准电压的误差在0.1%~0.05%,而LDO的误差在1%,所以个人认为Rdson的误差基本可以忽略(个人己见)。


个人疑惑:

  1. 在这个方案中我不太确定MOS管是否能参与到自校准的方案中?

  2. 除了Rdson带来的误差不确定是否存在其他因素会引入误差?

  3. 在没有高精度电压测试仪去手动校准基准电压的情况下,这样的自校准方案是否值得采用?


    希望各位大佬提出其中的不妥之处,或提供更好的自校准替代方案,谢谢!






[修改于 1年7个月前 - 2022/10/24 14:46:25]

来自:仪器与装备 / 仪器仪表
10
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~~空空如也
虎哥
1年7个月前 IP:四川
909683

建议使用常规方法,这种基本电路能发明的新方法早就发明了,很难有大的提升。

如果ADC是靠电源来参考的,那就提高电源精度。

电压基准不适合接重负载,250欧负载是偏重的,要确认它能带得动。

MOS管的电容可能影响电路带宽。对位数不太高的ADC来说,断开其它电路,只接250欧电阻,似乎与短接也没多大区别。

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谁叫小明作者
1年7个月前 IP:广东
909684
引用虎哥发表于1楼的内容
建议使用常规方法,这种基本电路能发明的新方法早就发明了,很难有大的提升。如果ADC是靠电源来参考的,...
  1. 有尝试去找自校准之类的资料,也是希望能多了解几种常规操作,但没有什么进展

  2. 有往尝试提高电源精度方向考虑,因为有个桥式传感器需要用电源去驱动,但是比起基准源,LDO的精度远远达不到,找了好多芯片比较高的都只能到1%

  3. 确实提醒了基准源的供电流问题,这里电流约为2.5V/250Ω=10mA,这也是很多基准芯片不太能接受的电流

  4. 确实需要考虑MOS寄生电容对ADC采样的影响


因为准备用32位的ADC所以想着尽可能保住能用的位数提高精度,谢谢虎哥的指点

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m24h
1年7个月前 IP:上海
909690

可以采用电子单刀双掷开关啊 校正时候就不要还接在250欧电路上 效果还是不错的 而且也避免了PMOS开启电压太大的问题

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warmonkey
1年7个月前 IP:新加坡
909691

舍本逐末了

有两个比较简单的方法:

直接把ldo换成基准+运放

用二选一开关接到基准源

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hffhgffjy
1年7个月前 IP:江苏
909775

供电5v时vref只有2.5v,adc的位数只用了一半,如果降低供电或增加vref,使vref接近adc的满量程,这样可能会再提高一点校准的精度

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m24h
1年7个月前 IP:上海
909777
引用hffhgffjy发表于5楼的内容
供电5v时vref只有2.5v,adc的位数只用了一半,如果降低供电或增加vref,使vref接近a...

这倒未必

因为基准源的误差大多是相对的 而不是绝对的

相同工艺下 5V可能比2.5V的绝对误差就会大一些 相对误差百分比就不变

其实个人觉得这类工控信号本身就不能对精度要求太高 12位差不多够了 精度已经比大多数基准源要高了 32位太偏执了 也没有这么高精度的电压源



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阡陌徘徊
1年6个月前 修改于 1年6个月前 IP:江苏
909788
引用m24h发表于6楼的内容
这倒未必因为基准源的误差大多是相对的 而不是绝对的相同工艺下 5V可能比2.5V的绝对误差就会大一些...

成品32位adc  enob也就23位,工控的东西拿个12位的绰绰有余了

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量子隧道
1年6个月前 IP:广东
909930

最好是找个厂家的基准源用户手册,看有没有扩流方案,按此方案做个5V高精度电源代替LDO。

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WernerPleischner
1年6个月前 修改于 1年6个月前 IP:广东
909970

一般电流变送器和桥式传感器的精度最多也就14位

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谁叫小明作者
1年5个月前 IP:广东
911399
引用阡陌徘徊发表于7楼的内容
成品32位adc  enob也就23位,工控的东西拿个12位的绰绰有余了

确实32位adc在较好条件下的enob只有23位左右,但是一般是在电路设计的比较好以及采集率比较低的情况下才能做到,但随着采集率的增高enob以及一些adc芯片内置的仪放倍数增加enob会大大减小,所以肯定是往高位追求才能确保有更好的性能

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