24bitADC芯片ADS1256的测量精度

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。

abbey_tom

washu 发表于 2022-4-8 18:29
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 ...

这个PGA我还有些疑惑，
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
并没有想像中的3.2V
改变了其它PGA值，
也仍然如此。

xjw01

这是C源代码 a.rar (3.52 KB, 下载次数: 109)

2022-4-8 21:39 上传

点击文件名下载附件

以下是当时留下的一些笔记

LTC2400六位表头设计安装调试
该电路制作之后，已连续上机测试6天，稳定性良好。于是，今天把非线性改正程序及菜单功能全部加进去，使之变成完整的表头。

1、LTC2400的电源采用5V独立供电。数据手册给的测试电路，电源与基准共用，我上机实测效果不好。共电源方案，造成自检值偏小数百个字。共电源时，滤波电容越大，自检值越大，使用0.4uF比0.3uF，会增加100字左右，但还是很难达到5000,000字。当电路对电容敏感，电路稳定性稍差。所以本电路采用78L05对LTC2400独立供电，自检值接近5000,000字。所谓“自检”指的是将表笔输入端接到LTC2400的Vref端。

2、78L05接了一个1.5k的负载，其作用是：当LTC2400输入电压过高，输入电流通过内部的输入限幅二极管倒灌进78L05，会靠成LTC2400供电电压抬升。接了1.5k负载，以防输入电压抬升过多。

3、OP07运放输出加了一个2k限流的电阻，防止对LTC2400输入过强电流、电压。

4、缓冲设计：LTC2400的Vin端输入阻抗很低，而且是非线性的，这是内部开关电容造成的。当输入信号为0V时Vin会有平均电流输出，约0.5uA至1uA，当输入为2.5Vref时，平均电流最小，当输入为等于Vref时Vin会有0.5uA至1uA平均电流流入。这种非稳恒的平均电流，在外部输入电阻上形成压降，会造成严重非线性的误差。为此，本电路采用OP07进行缓冲放大，得到低频段极低输出电阻，驱动LTC2400，消除输入非线性。OP07的输出脚，会有较大的噪声，这是LTC2400内部开关电容造成输入电流噪声，在OP07负反馈下，输入电压是保持不变的，但噪声电流流过限流电阻，形成噪声压降。
这是因为LTC2400的信号输入脚的开关信号送入OP07负输入脚，被OP07放大造成的。如果希望消除这种噪声，须再加一级滤波器隔离。
5、LTC2400的信号输入端的0.22u电容的作用：LTC2400内部开关电容，会在输入端形成脉冲电压、电流，频率很高。加入这个电容后，输入端的脉冲电压基本消失，确保内部输入电容得到快速充电，提高AD的稳定性。由于OP07在高频段，输出电阻很大，因此加入了这个0.22u滤波电容后，在全频段内，得到了低阻抗缓冲输出，缓冲器的增益几乎为1，不易受其它不确定因素影响。该电容还可以减小高频干扰。

6、与LTC2400连接的电容，使用CBB，有的使用独石，以得到稳定的容量、较低的噪声。试验过程中，曾更换为耐高温的高容量的电脑主板上用的贴片电容，噪声非常大，AD转换非常不稳定，这种电容的温漂非常巨大，决不可用于这个AD转换电路。

7、7905输出接了一个2k的电阻：op07的工作电流很小，7905不能正常工作，所以接了一个负载。如果使用79L05，估计不接上电阻也能工作。

8、调零后的自检值，应在5000,000字左右，正负误差几十字不要紧。如果小了几百字，可能是电容失效，或不能工作于高频。如果大了几百字，可能存在严重的电容噪声。由于LTC2400自身误差、电路热电势等因素影响，自检值不会正好是5000,000字。

9、菜单使用方法：
1）K1键，切换换菜单，每按一次，会在菜单0、1、2、3、4、5之间切换。
2）菜单0是默认菜单，显示已进行非线性矫正的AD转换结果。在菜单0下，按下K2键，可以分别显示三种结果：未矫正值（无小数点）、已桥正值（末位出现小数点）、已矫正且显示到第7位（倒数第二位出现小数点）
3）菜单1设置零点偏移字数；菜单2设置中点非线性误差；
4）菜单3设置满量程字数的低4位；菜单4设置满量程字数的高3位
5）菜单5，设置滤波器步长。个位和十位设置第一阶滤波器长度，百位和千位设置第二阶滤波器长度。第二阶设置为1，相当于一个一阶滤波器，第二阶设置为0，程序转为多点平均法滤波，平均个数由个位和百位设置。
如，置为310，二阶为3，一阶为10。置为10，是10点平均滑动滤波。置为11，是一阶滤波。
6）在菜单1至5中，K2是光标移动键，K3是保存键，K4是更改键。光标移动到第6位，更改正负号。第7位显示菜单号。

10、零点偏移的测量：将表笔短路得到的读数V0，并把V0保存到菜单1

11、中点非线性误差的测定：
在被测基准中，有4个分压电阻。R1、R2看作下臂电阻，R3、R4看作上臂电阻。设下臂电阻的压降为V1，上臂电阻的压降为V2，总电压为Va
如果表头线性度理想，存在关系式Va = V1+V2，如果不理想，中点非线性误差为a = (V1+V2-Va)/2
测定非线性误差a时，把表头置为无矫正模式（按下K2键）。
无矫正模式，是未调零的，所以测量Va、V1、V2时，应做零点偏移改正。设零点为读数为V0，那么就有 a = (V1+V2+V0-Va)/2。将夹子接在“0分压”与“2分压”得到V1，将夹子接在“2分压”与“4分压”得到V2，将夹子接在“0分压”与“4分压”得到Va。
由于OP07的输入电流不可忽略，所以也须改正。OP07的输入电流比较容易测得，分别测量“分压4”端子和“内阻测量端子”的电压，得到两个电压的差值，再把差值除以100，就得到了OP07的输入电流，单位是nA。若测得的输入电流是I纳安，那么所需的改正值是Vr = (1.5+1-0.5)*I = 2I，比如，测得I=3.5nA，那么Vr = 2*3.5 = 7
最后，a = (V1+V2-Va+V0+Vr)/2，然后把a值保存到菜单2即可。
如果觉得OP07输入阻抗低，可以试试OP177

12、关于最后一字的跳动
在使用软件进行滤波之前，最后一字跳得利害。跳动最大范围大约是7字左右，主要跳动范围约3至5字。因此，如果两次转换结果平均，跳动范围可减小到5字左右，主要跳动范围约2至4字。如果5次平均，最大跳动范围约3字，主要跳动范围约1至2字。8次平均，会降到1至2字。当然，“跳动范围”指的是数秒以内的跳动。10至20秒或更长时间的跳动范围，还要加1字。估计这是半导体器件的极低频噪声造成的。总的说，在一阶滤波器中，参数设置为8，短期只会观察到1至2字的跳动，即±1字的跳动。如果明显超过±1字（相对于偶然超过而言）的跳动，有可能是干扰或元件质量问题。
通过更改菜单5中的滤波参数，改变平均的次数。

13、测试注意事项
1）预热20分钟，测量期间，尽量减小空气流动或电路板移动，以免造成温度不稳定。OP07需要较长时间预热才会稳定下来。
2）夹子不能用手切换，而应使用镊子操作。5个排针及2个夹子全应等温度才行。否则会产生几个uV的热电势，影响测量精度。
3）在菜单设置了零点偏移参数，可以大大减小偏移，读取电压时，通常无需减去零点值。如果要求测量特别精确，最好将表笔短路，测出零点偏移量，然后在测量结果中减去该偏移值。

xjw01

abbey_tom 发表于 2022-4-8 21:21
这个PGA我还有些疑惑，
我没有来得及仔细研究手册，
改变PGA（基本代码不动），

好像你现在用现成的模块来调试程序。

按商家给的程序，调试一下，以验证ads1256操作的时序。

所有时序测试没问题后，然后把ads1256拆下来，用转接板重新制作电路。找出引起误差或噪声的关键原因。
然后重新PCB打样制作。

用现成的板子，有个麻烦事：难以更改电路或元件，不利于优化电路。我以前做电路，一但打样后，再做优化就很困难了。

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-4-8 21:35
这是C源代码

笔记记得这么详细，
真的是非常佩服。

程序代码收到，
有空研究一下，
可能其中的滤波算法对我有帮助。

abbey_tom

xjw01 发表于 2022-4-8 22:05
好像你现在用现成的模块来调试程序。

按商家给的程序，调试一下，以验证ads1256操作的时序。

重新打样自己制作，
可能对我有难度，
眼神不好，
焊接这些小元件基本无能为力。

washu

abbey_tom 发表于 2022-4-8 21:17
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，

假货宝上的现成半成品？那未必有爱好者们做得好 你参考我的 1232 自己做一个吧，我那还是十几年前，PCB 打样还很贵，不舍得打样自己手工做 PCB 的 现在打样免费了，何苦去买半成品

washu

abbey_tom 发表于 2022-4-8 21:21
这个PGA我还有些疑惑，
我没有来得及仔细研究手册，
改变PGA（基本代码不动），

PGA 的问题太久了我也记不清楚了，但噪声是否有变化？

xjw01

在我眼里，手册没有做假，但故意隐藏了一些关键细节。
    ADC的性能是几个bit，直截了当的说明就可以了。24bit就直接说是24bit的，20bit就说20bit的，有噪声的，不要计入bit。不同的条件下，bit数不同，做个简要的说明就可以了。
    ADS1232自称是24bit的，LTC2400也说是24bit的，ADS1256再次申明24bit，都是24bit，大家都是24bit的。
   20年前，广告里经常播放：平面直角电视，超平电视，纯平电视，现在的液晶电视又叫什么，长方形电视机？我至今还是记不清那些电视机的具体差别。我认为，产家还是过度宣传了，搞了一推不好理解的名词。比如他们突出RMS noise的价值，我们想知道跳了几个字，稳不稳，稳了就行，RMS没那么重要。
    LTC2400，即使作了平均，要达到24bit(不计符号位，按23bit计)，还是有些困难的。
    ADS1256手册，倒是明确指出，24bit不丢码，23bit无噪声分辨率，宣传页不再强调RMS，而是强调无噪声输出。我不知道是否有吹牛的成份。还是要实测才知道。楼主的ads1256，噪声5uV以上，比手册的差了一些，具体原因未知。


    至于你说的翻新货，当然是很多的。我不从事这一行，具体情况不清楚，但我曾在中关村看见人家翻新硬盘，店家有2个人，一个正在重新贴硬盘的标签，旁边还有几十个待贴的硬盘，并催促另一个人去发货。

    话说回来，翻新也有大量人力成本的。芯片是否值得大量翻新，那我就不得知道了。芯片制造，由于种种原因会有余货，人家就乱打型号，高价出售，这样就会有额外的利差，成本几乎是0

    90年代以及00年代，进口大量洋垃圾，而且是发达国家不要的，免费送上门。广东那边有很多村庄从事电子设备拆解活动，成为产业，中央台多次采访。时间久了，环境污染，治理成本高，为了照顾地方经济，地方ZF采取集中拆解，集中处理污水的方案。但还是控制不了污染问题，近年，开始限制进口洋垃圾。长达数十年的拆解，自然会有大量拆机件或翻新货。

   我们学校，2010年安装的班班通，配套的功放，内部的整流桥、滤波电解电容，每台都不太相同，但这两个元件制量都很好，是拆机件。总功率才15V/1A以内，人家给你配4A、7A的大桥，功放集成电路则用彩电的。彩电功放有自动降噪功能，声音很小时自动关闭输出，造成英语的一些发音细节不能正常播放。老外的耳朵比较开放，不管你发音如何，只要单词连续播出7个以上，他们基本上都听懂，学生不行，声音稍微糊一点就听不懂了，只好更换功放。老外听不清的单词，主要古汉语沿用的一些词，比如“知音”

xjw01

washu 发表于 2022-4-9 11:56
假货宝上的现成半成品？那未必有爱好者们做得好  你参考我的 1232 自己做一个吧，我那还是十几年前， ...

半成品也有一定的价值。卖家提供成套的编程模板，可以帮助我们快速调试，对于首次调试这类作品，可节约一些时间。
半成品的缺点是，许多制作细节不透明。所以，可以考虑要重新制作调试一次。

washu

xjw01 发表于 2022-4-9 14:49
半成品也有一定的价值。卖家提供成套的编程模板，可以帮助我们快速调试，对于首次调试这类作品，可节约一 ...

这种半成品如果确实无法达到（从楼主的测试数据看简直是差太远）厂家指标（且厂家指标未掺水）的话我觉得会起到反效果

看下楼

washu

xjw01 发表于 2022-4-9 11:58
在我眼里，手册没有做假，但故意隐藏了一些关键细节。
    ADC的性能是几个bit，直截了当的说明就可以了。 ...

轮胎的 2400，官方说法是 24bit no missing code，也就是说在 no missing code 层面是 24 位...

噪声，有 RMS 噪声、峰峰值噪声，就好像对交流电的定义有有效值、峰值一样，存在描述差异，因此这种指标存在描述差异我认为是合理的，实际上你可以看一下对精度的描述，现在也说成“不确定度”了，有一个区间且区间大小和统计方法是相关的，按你的说法人家计量机构也不干脆

我以前说过，玩 1232 是因为发行 Voltgen 的时候 2400 （便宜的菜鸡）货源不足，看到徳姨 1232 指标非常好价格又很（在假货宝上）便宜就动了心思，结果大失所望：
1、它不是单周期 ADC，输入改变到输出需要至少 4 个转换周期；2400 是单周期，对于我需要频繁切换模拟开关的场合，它非常不合适
2、它不是每周期都对输入零点和满幅（基准）做自校准，如果要做自校准需要接近 10 个周期且需要额外操作；2400 是每周期都校准输入零点和满幅，所以你前面也说它零点很好，对基准几乎都是 500000...，1232 之类就一塌糊涂得很。

从这个角度看，1232 噪声低，其实是速度更慢的结果 --- 2400 相当于它十几倍的速度

徳姨其它 ADC 是否也如此，我是持怀疑态度的，不过不管怎么说，起码手册给出的数据你测试起来应该是差不多的（数据中的水分是另一回事不是这个意思），轮胎的 2400，官方手册给出的数据，噪声指标是 1.5uVrms，我实测 6~7uVpp，该数据你应该也有印象，两者是接近的（噪声的有效值和峰值差得比较大）。楼主测试结果和手册给出的数据差太远，是值得怀疑的，我测试“便宜”的 1232，和样片是没有什么区别。

*7.15uVpp，和 1.5uVrms 比较接近


其它几个（1247、1255/56、1262/82）当时没有廉价货源，所以没有去测试。不过现在看来有很多“廉价”货源的话，是可以一试的，正好我当初有过想法（托人）申请过几个样片，所以可以对比。

至于这些廉价货源是不是翻新，这个结论是业内人士做出来的，人家就是干这活的（贵屿），我作为业余爱好者，肯定是相信咯 我还托人家买过很多便宜的菜鸡货呢（不翻新）。

xjw01

washu 发表于 2022-4-9 21:09
轮胎的 2400，官方说法是 24bit no missing code，也就是说在 no missing code 层面是 24 位...

噪 ...

都是24bit的，不过，从手册上看，ads1256的性能要好一些，大约多了1到2个bit，非线性指标也略好一些。
如果以ADS1256为标准24bit，LTC2400应是22bit或23bit的。
从无噪声分辨率看，ADS1256多了2bit。从非线性看，ADS1256多了1bit

LTC2400转换速度比较快，如果取2次平均，性能与ADS1256就比较接近一些。
按手册上的描述，降低LTC2400的参考电压，可以改善非线性。

LTC2400是低功耗的。ADS1256高功耗，高速。

综合功耗等因素，LTC2400还可以的。更适合你的电压源。

abbey_tom

washu 发表于 2022-4-9 11:56
假货宝上的现成半成品？那未必有爱好者们做得好  你参考我的 1232 自己做一个吧，我那还是十几年前， ...

其实并没有您想像中的那么糟糕，
其实在测电池电压的时候，
噪声也就在两三个微伏的样子。
下面的截图中，
左侧是单次实时测量值，
右侧是近10次算术平均。

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

您这个是什么意思？
fOut = fOut / Gainerr - Offseterr
除以增益减去偏差？
我这个没有办法除以增益，
改变PGA并不改变ADC输出的大小