Valor de Vref y circuitos integrados de derivación de Vref para un ADC

El ADC estará alimentado por un 3.3v aislado y me gustaría saber cuál sería un buen voltaje Vref. El adc es el ADS131

El dispositivo utiliza un voltaje de referencia interno (fijo): -

No hay posibilidad de utilizar una referencia de tensión externa.

$\color{blue}{\text{Im sorry, i linked the wrong ADC im using the 8 channel version > ADS13M08}}$

Bueno, esta es la especificación para el rango de voltaje operativo permitido para el ADS13M08: -

Entonces, a menos que tenga requisitos de estabilidad de referencia particularmente onerosos que solo se pueden lograr con una referencia externa, usaría la referencia interna. El único que es adecuado es el dispositivo MAX6070/1 ya que produce 1,25 voltios. Sin embargo, la deriva en el peor de los casos de este dispositivo y la deriva del circuito ADC interno será ligeramente peor que usar la referencia interna. El único beneficio es que la referencia externa tendrá una mayor precisión inicial que la referencia interna.

Hablemos de lograr un VREF limpio (este ejemplo también se aplica a su Vin analógico), en presencia de interferencias.

Primero, haremos matemáticas para (A) interferencias magnéticas, luego (B) interferencias de fuente de alimentación, luego (C) interferencias de campo eléctrico de su MCU, finalmente (D) el efecto de las corrientes de tierra.

(A) Suponga que su VREF (o Vin) no tiene un plano de tierra, porque escuchó que no se necesitan planos a bajas frecuencias, y un VREF es DC.

Suponga que hay un bucle de 1 cm por 4 cm de trazas de PCB, entre su CIRCUITO VREF y el ADC. En otras palabras, la traza VREF se encuentra a 1 cm de distancia de la traza GND.

Suponga que a 4 cm de distancia hay cableado de alimentación a la fuente de alimentación de su sistema. Suponga que su sistema consume 10 vatios (0,1 A de 117 V CA) y los rectificadores tienen 10 veces esa corriente máxima, con un tiempo de subida de 1 us a través de los diodos. Por lo tanto, su dI/dT será 1 A / 1 micro_segundo.

¿Cuánta basura se acopla a las trazas VREF?

Usemos la fórmula (*)

Vinduce = 2e-7 Henry/metro * (Área / Distancia) * di/dT

[si esta basura inducida es inferior a 1uv, entonces podemos ignorar esta fuente de error.]

Vinduce = [2e-7 * (1cm * 4cm) / 4cm] * 1 A/1us

Vinduce = 2e-7 * 0.01 * 1e+6

Vinduce = 2e-7 * 1e-2 * 1e+6

Vinduce = 2 * 10^(-7 -2 +6) = 2 * 10^-3 = 2 mV

Por lo tanto, la interferencia calculada es 2000 veces mayor que nuestro umbral "No es un problema".

Por lo tanto, hay un problema, dados los supuestos establecidos.

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¿Qué pasa si usas un plano de tierra? no servirá de mucho, para pulsos más lentos que 4 MHz (100 nanosegundos TRise).

Necesitará cobre grueso (caro) o aluminio grueso o algunas láminas de acero.

¿Alguna vez se preguntó por qué los equipos de alta precisión son PESADOS? En parte debido a la necesidad de PROTEGER el circuito.

(*) la fórmula base para el acoplamiento magnético entre un cable recto largo que transporta una corriente con algo de "dI/dT", en un bucle rectangular coplanar de un área y separado por la distancia del cable, es

Vinduce = [ MUo * MUr * Área/(2 * PI * Distancia) ] * dI/dT

Dado MUr = 1 para aire y FR-4 y cobre y aluminio, y MUo = 4 * pi * 1e-7, la fórmula se simplifica a lo que usamos.

Para una precisión completa, puede escribir la integral y encontrar el efecto de Natural_Log en el resultado final. La fórmula que usamos hace que la Distancia sea la distancia más corta entre el ALAMBRE y el BUCLE, por lo que sobreestima el Vinduce.

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con respecto al diseño mecánico: colocar dichos circuitos en cualquier lugar cerca de cables de alimentación de alta corriente es un problema. Los picos del motor del lavavajillas, los picos del rectificador del horno de microondas, los picos del compresor del aire acondicionado, todos viajan sobre las formas de onda de corriente de 60 Hertz.

La configuración mecánica en este cálculo asume que el IC de referencia está ubicado a 4 cm del ADC.

(B) con respecto a la basura de la fuente de alimentación: el ADC de 24 bits tiene un rango de resolución de 6 * 24 == 144 dB, pero solo una relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR) de 78 dB a 56/60 Hertz, ya más de 20 dB por debajo de la especificación DC PSRR. Por lo tanto, supondremos que el ADC está operando con una caída de 10:1 en PSRR para un aumento de 10:1 en la frecuencia de basura VDD. A 500,000 Hertz (timbre de 2uS, muy por debajo de la basura Switch Reg), el ADC probablemente tendrá CERO capacidad para rechazar la basura. ES TU TRABAJO ELIMINAR ESTA BASURA

Los LDO no pueden eliminar la basura de alta frecuencia; sus servo-bucles internos no pueden funcionar lo suficientemente rápido, incluso si gasta el presupuesto de Iddq y compra un LDO de alta corriente. DEBE FILTRAR EL Power Rail RAW ANTES DEL LDO

Para filtrar, una perla de ferrita no hace nada. Use una resistencia discreta y un capacitor discreto, en el voltaje en el LDO. Sugiero 100 ohmios y 100uF, para una constante de tiempo de 10 milisegundos y 16 Hz F3dB. Y siga eso con 10 ohmios y 10uF, (porque el primer R+C estará limitado en la atenuación extrema por la relación de 100 ohmios y el ESR+ESL del límite de 100uf). Este segundo R+C tiene una constante de tiempo de 100uS, o 1600 Hz F3dB, y debe proporcionar una atenuación de 60 dB a 1 MHz (más o menos donde se producirá el timbre Switch Reg L+C).

¿Es necesario tanto filtrado VDD (todo antes del LDO)? Quizás no, porque el ADC ADS131 de 24 bits tiene un ruido RMS de 5 microvoltios de todos modos.

(C) Interferencia de campo eléctrico

(D) Basura a tierra (o podríamos cometer estos errores termoeléctricos debido a los cambios de temperatura en la placa de circuito impreso, lo que provoca una deriva de compensación de baja frecuencia).

Texas Instruments elaboró ​​una guía de consejos y trucos para diseños con referencias de voltaje. Habla principalmente sobre diferentes tipos y arquitecturas de derivaciones Vref.