24bitADC芯片ADS1256的测量精度

xjw01

abbey_tom 发表于 2022-4-6 09:00
单次采样结果有正有负，
我是取绝对值求和后再平均的。
代码如下：

直接求平均，不要取绝对值。
遇到24bit的负数，但他表示负数的话，转32bit时，在前面的8bit补上8个1就可以了。

sigma delta ADC，读数要取平均值，否则效果不好（有效位数会少了几个bit）。

abbey_tom

washu 发表于 2022-4-6 10:16
这个测试不是叫你取平均值，而是统计 100 个样本的峰峰值（或者求其标准差、有效值），然后和手册对比。
...

有没有您用过的用于统计的测试代码？

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-4-6 11:00
直接求平均，不要取绝对值。
遇到24bit的负数，但他表示负数的话，转32bit时，在前面的8bit补上8个1就 ...

如果不取绝对值的话，
正负可能相互抵消，
结果会比较好看。

xjw01

abbey_tom 发表于 2022-4-6 12:31
如果不取绝对值的话，
正负可能相互抵消，
结果会比较好看。

这类ADC芯片，没有过多可以优化的。取平均值就可以了。
手册上说，非线性最大10ppm，因此，做成5位半的毫伏表是没有问题的。也就是说，最后一位就忽略了吧，这样省事。非要提取最后一位，要想办法降低噪声，同时要做非线性改正，那就太费劲。5位半的表头，相对于4位半的，能更有效的分辨温漂等现象。
我们常用的器件，温漂大，用5位到6位数字显示比较合适，能更突出显示出主要的字数，略去无用字。如果用7位的，环境状态轻微改变，末字就漂，看那飘忽不定末位数，很烦的，也很浪费时间。


正因为末位的不确定性，所以才有各种各样的“统计”方法，对于一般的使用，很讨厌那些统计方法，我们希望得到相对稳定的末位。比如跳动2字是可以接受的，如果跳动10字，还不如把末字隐藏。

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-4-8 10:29
这类ADC芯片，没有过多可以优化的。取平均值就可以了。
手册上说，非线性最大10ppm，因此，做成5位半 ...

许老师说得有道理。
其实在我们业余环境下，
所能应用到的环境没有那么高的测量需求，
即使ADC芯片做得再好，
稳定的基准源也是一个大问题。

我现在的目标也不高，
能够做一个精度不低于我23S的毫伏表就可以，
300mV档是0.05%+3d。

但我现在大致比对了一下，
好像在毫伏量级，
能够稳定的有效位数并不如23S，
比如50mV左右，
连稳定的4位都很难做到（23S可测得稳定的50.00mV,末位会变但基本稳定）。
测1.5V的电池可以做到1580.64X
是不是因为基准太高（目前是2.5V）导致的。
还有，
也不知道PGA该怎么选取。

xjw01

abbey_tom 发表于 2022-4-8 15:13
许老师说得有道理。
其实在我们业余环境下，
所能应用到的环境没有那么高的测量需求，

我曾做过LTC2400和ads1232等，适当做平均处理后，一般可以达到手册中的指标。
当时，LTC2400测试过程比较长，虽然十几年了，却还有一些印象。可以做到500万字，约1uV左右。具体值我记不清了，但我当时保留到500万字，说明末字跳动2、3个uV以内，否则当年只会保留50万字

从手册上看，ads1256的PGA选大一些，噪声小，功耗也变大。功耗大了，容易引起基准的额外温漂。
    这种ADC，要注意电容的选用。因为瓷片电容(现在常用一些新名词，如x7r,cog,npo等等)，容量大的，往往介电吸收也很大，噪声电流不可忽略。
    我实测过多种电容，uF级的瓷片电容，表现很糟糕，它会引起ADC读数不稳定。

    我曾在LM317+Ro的测试中讨论到：“有容乃大”的原理，相同容量，体积小容易受到温度的影响，电流噪声大，稳定性差。不管是晶体管还是电容器，基本上都是这样的。特别是温补型的陶瓷电容，哪怕0.01度的温度扰动，也会有噪声电流的。

   我看到你的板子上，用了超小型的电容器。要担心那些电容器对噪声的影响。

正品的ads1256、ads1232、LTC2400等，是很贵的，一般是淘宝上买了一些便宜的，这些ADC，指标差一点，我觉得也正常。芯片制造过程中，总有一些指标差一些的，厂家不要了，却流向市场。

washu

abbey_tom 发表于 2022-4-6 12:30
有没有您用过的用于统计的测试代码？

十几年前我用 Basic 写的，估计参考意义不大

写一个 FIFO（Move Window）数组，新的测量结果丢进去、最早的测量结果抛弃，数组长度就是样本数，然后对这个数组做统计（峰峰值、标注差、有效值）就可以了，挺简单的。我那个编译器很蹩脚（不支持 float 数组），所以用了比较蛋疼的方式去做这个 FIFO，你用普通 C 编译器要简单得多。

washu

abbey_tom 发表于 2022-4-8 15:13
...稳定的基准源也是一个大问题。

我现在的目标也不高，
能够做一个精度不低于我23S的毫伏表就可以，
300mV档是0.05%+3d。

但我现在大致比对了一下，
好像在毫伏量级，
能够稳定的有效位数并不如23S，
比如50mV左右，
连稳定的4位都很难做到（23S可测得稳定的50.00mV,末位会变但基本稳定）。
测1.5V的电池可以做到1580.64X
是不是因为基准太高（目前是2.5V）导致的。
还有，
也不知道PGA该怎么选取。

ADR4525 指标足够好（0.02% 精度、1ppm 温度系数、1.25uVpp 噪声），不是你系统中的短板。

你的问题，根据我玩 1232 的经验看主要是，

1、芯片电源、基准电源和基准、输入的退耦处理你做好没有？使用什么电容？你看我的 1232 用的据大个头的薄膜电容 你看看是否相关（环境温度稳定且无振动的话，铁电介质电容也不是那么糟糕，但如果确实有问题可以考虑 NP0 介质或薄膜）


2、进一步降低速度，作为肉眼观察的表，10Sa/s 速度还快了，1232 是慢不下来，你这个可以再慢到 2.5Sa/s

3、进一步滤波处理

此外，如果你要做一个 Range 50mV 的表，没有什么理由不开片内 PGA，人家本来就是给你干这活的。PGA 取到你的应用中的最大值或你的应用对 PGA 其它指标需求的最大值，比如失调和温度系数是否有额外的要求？

washu

xjw01 发表于 2022-4-8 16:47
...正品的ads1256、ads1232、LTC2400等，是很贵的，一般是淘宝上买了一些便宜的，这些ADC，指标差一点，我觉得也正常。芯片制造过程中，总有一些指标差一些的，厂家不要了，却流向市场。

这些便宜货基本是翻新的，我当初发行 Voltgen 采购过几百片 LTC2400，和厂家样片对比没啥区别，除了外表...

我 4 月下旬可能会有点空，刚跑去买了点几块钱的 ADS1247 和 1255，到时候有机会测试看看，1255 我也是有样片的，可以对比。

当初也买过一批便宜的 1232，和徳姨样片对比，也没发现问题。

washu

xjw01 发表于 2022-4-8 16:47
我曾做过LTC2400和ads1232等，适当做平均处理后，一般可以达到手册中的指标。
当时，LTC2400测试过程 ...

2400/1232 的噪声指标是硬指标，是不能做平均处理的，我前面贴的 1232 噪声就是没做平均处理的，直接采样连续若干样本，然后用其中最大值减去最小值得到的（峰峰值）。

washu

abbey_tom 发表于 2022-4-6 12:30
有没有您用过的用于统计的测试代码？

不记得贴图用的代码是哪份了，反正都差不多，供参考

1. Do
   
2.       ' --------------- Wait the Convert ---------------
   
3.    FontSet F0HD
   
4.    iBusystp = 0
   
5.    Do
   
6.      iBusystp = iBusystp + 1
   
7.      WaitMs 1   
   
8.    Loop While IO_ADC_DAT = 1 ' the  Analog to Digtial Convert Busy Bit at ADChipset DOUT Pin
   
9.    
   
10.    GLcd (80,7), "Setp:"; Hex(iBusystp)
    
11.    ' --------------- Wait the Convert ---------------
    
12.    
    
13.    ' --------------- Read the ADC ---------------
    
14.    ' Read all Analog to Digtial Convert Byte
    
15.    iDa = ReadSPI()
    
16.    iDb = ReadSPI()
    
17.    iDc = ReadSPI()
    
18. 
    
19.    ' Config the Negative numbers from the Complement Code.
    
20.    'If iDa > 128 Then
    
21.       'iDraw = iDa - 128
    
22.    'Else
    
23.       'iDraw = iDa
    
24.    'End If
    
25.    iDa = iDa - 128
    
26.     ' Set the ADChipset Busy-wait Bit
    
27.    IO_ADC_CLK = 1 : WaitUs 1 : IO_ADC_CLK = 0
    
28.    ' --------------- Read the ADC ---------------
    
29.      
    
30.    ' --------------- Automatic theRange ---------------
    
31. 
    
32.    ' --------------- Automatic theRange ---------------   
    
33. 
    
34.    
    
35.    ' --------------- Print the Convert Result ---------------
    
36.    'Print the Current Convert Result
    
37.    FontSet F0HD
    
38.    Format (1,5)
    
39.    fTrn = 2.5 * (65536 * iDa + 256 * iDb + iDc - 8388608) / 8388608
    
40.    'Print fTrn
    
41.    'GLcd (0,4), "Cur:"; fTrn; " VDC"
    
42.    ' --------------- Print the Convert Result ---------------
    
43.    fOut = fTrn / Gainerr - Offseterr
    
44.    FontSet F3HD
    
45.    Format(2,4)
    
46.    GLcd(0, 2), fOut   
    
47. 
    
48.    
    
49.    For i = 0 To bSmthlength - 1
    
50.        bREGc(i) = bREGc(i + 1)
    
51.        bREGb(i) = bREGb(i + 1)
    
52.        bREGa(i) = bREGa(i + 1)                 
    
53.    Next i
    
54.    bREGc(bSmthlength) = iDc
    
55.    bREGb(bSmthlength) = iDb
    
56.    bREGa(bSmthlength) = iDa
    
57. 
    
58.    '排查最大最小值   
    
59.    lrec = 65536 * iDa + 256 * iDb + iDc - 8388608
    
60.    lMax = lrec
    
61.    lMin = lrec
    
62.    iMax = 1
    
63.    iMin = 1  
    
64.    fOut = 0
    
65.    For i = 1 To bSmthlength
    
66.        iTa = bREGa(i)
    
67.        iTb = bREGb(i)
    
68.        iTc = bREGc(i)
    
69.       
    
70.        lrec = 65536 * iTa + 256 * iTb + iTc - 8388608
    
71.        fTrn = 2.5 * (65536 * iTa + 256 * iTb + iTc - 8388608) / 8388608
    
72.        If lrec > lMax Then   ' 找到最大值
    
73.           lMax = lrec
    
74.           iMax = i
    
75.        End If
    
76.        If lrec < lMin Then   ' 找到最小值
    
77.           lMin = lrec
    
78.           iMin = i
    
79.        End If              
    
80.        fOut = fOut + fTrn
    
81.    Next i
    
82.    
    
83.    fOut = fOut / bSmthlength
    
84.    fOut = fOut / Gainerr - Offseterr
    
85.    'fOut = 2.5 + fOut
    
86.    'GLcd (1,1), "SMT:"; fOut; " VDC"
    
87.    FontSet F0HD
    
88.    Format(2,6)
    
89.    GLcd (0,4), "SMT:"; fOut; " VDC"
    
90. 
    
91.    'FontSet F3HD
    
92.    'Format(1,6)
    
93.    'GLcd(0, 2), fOut
    
94. 
    
95.    FontSet F0HD
    
96.    Format(1,6)
    
97.    iTa = bREGa(iMax)
    
98.    iTb = bREGb(iMax)
    
99.    iTc = bREGc(iMax)
    
100.    fMax = 2.5 * (65536 * iTa + 256 * iTb + iTc - 8388608) / 8388608
     
101.    'GLcd (1,2), "MIN:"; fMax; " VDC"
     
102.    iTa = bREGa(iMin)
     
103.    iTb = bREGb(iMin)
     
104.    iTc = bREGc(iMin)
     
105.    fMin = 2.5 * (65536 * iTa + 256 * iTb + iTc - 8388608) / 8388608
     
106.    'GLcd (1,3), "MAX:"; fMin; " VDC"
     
107.    GLcd(0, 5), fMin; " ~ "; fMax
     
108.    fOut = 1000000 * (fMax - fMin)   
     
109.    Format(3,1)
     
110.    GLcd (0, 6), "Noise:"; fOut; " uVpp"
     
111.    
     
112.   
     
113. Loop

复制代码

xjw01

刚才找到了LTC2400，测试了15分钟。前几分钟等待稳定。之后，读数基本稳定为0uV，概率分布为：
0 uV，90%以上
- 1uV，5%
+1uV，5%(1分钟内，难得见到一两次+-1uV)
数字由0跳变为-1uV时，偶尔会同步出现-2uV，可能是数码管驱动电流比较大，产生了额坏的干扰。
也就是说，当时的制作，零点稳定性（短路），噪声电压小于1uV
手册止的指标是，0.5ppm跳动占比60%左右，也就是说跳动+-2uV以内。当时做了平均处理，噪声略有下降。

pgldyx

对于这么高级的芯片ad转换，外围设计可不能马虎，费的功夫可能比编程还要多。采用低纹波三端稳压，高精度基准芯片（如果有的话），供电采用磁珠+电容的LC滤波，数字地与模拟地分离。还有人提到前面加缓冲运放，芯片下面不做覆铜处理。。。。。。。这些可能比修改程序有效。我以前用TM7705的16bitdac，根本不用多次采样取平均值，输出数值只跳动1个字。

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-4-8 16:47
我曾做过LTC2400和ads1232等，适当做平均处理后，一般可以达到手册中的指标。
当时，LTC2400测试过程 ...

这块板子我买的是半成品，
我对焊接这种贴片已经无缘了。
不过，
从对电池的测量来看，
可以达到1580.06x
我基本还是满意的，
噪声略大也就是偶尔超出5个uV,
现在比较头大的是，
测量小信号不行，
试了改变PGA还是不行，
我没有来得及仔细研究手册，
改变PGA（基本代码不动），
显示也没有什么变化。

就我的理解，
输入50mV,
假如PGA选择64，
输入到ADC的电压应该是50*64＝3200mV
但显示仍然是50mV

abbey_tom

washu 发表于 2022-4-8 19:04
不记得贴图用的代码是哪份了，反正都差不多，供参考

谢谢，收到代码。
有时间测试一下。