ZHCUB80C August   2004  – July 2023 PGA309

 

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  2.   使用前必读
    1.     关于本手册
    2.     德州仪器 (TI) 相关文档
    3.     如果您需要协助
    4.     注意事项和警告信息
    5.     FCC 警告
    6.     商标
  3. 1引言
    1. 1.1  PGA309 功能说明
    2. 1.2  传感器误差调整范围
    3. 1.3  增益调节
    4. 1.4  失调电压量调整
    5. 1.5  电压基准
    6. 1.6  传感器激励和线性化
    7. 1.7  使用 ADC 进行温度检测
    8. 1.8  外部 EEPROM 和温度系数
    9. 1.9  故障监测
    10. 1.10 过量程和欠量程限制
    11. 1.11 上电和正常运行
    12. 1.12 数字接口
    13. 1.13 引脚配置
  4. 2详细说明
    1. 2.1  增益调节
      1. 2.1.1 PGA309 传递函数
      2. 2.1.2 求解增益设置
    2. 2.2  失调电压调节
    3. 2.3  零 DAC 和增益 DAC 架构
    4. 2.4  输出放大器
    5. 2.5  基准电压
    6. 2.6  线性化函数
      1. 2.6.1 系统定义
      2. 2.6.2 关键线性化设计公式
        1. 2.6.2.1 Lin DAC 计数转换
      3. 2.6.3 关键理想设计公式
        1. 2.6.3.1 线性化设计
        2.       37
    7. 2.7  温度测量
      1. 2.7.1 温度 ADC 启动转换控制
      2. 2.7.2 通过励磁串联电阻进行外部温度检测
    8. 2.8  故障监测
    9. 2.9  过量程和欠量程
      1. 2.9.1 过量程和欠量程计算
      2.      44
    10. 2.10 噪声和粗略失调电压调整
    11. 2.11 一般 AC 注意事项
  5. 3工作模式
    1. 3.1 上电序列和正常独立工作模式
    2. 3.2 EEPROM 内容和温度查找表计算
      1. 3.2.1 温度查找表计算
        1. 3.2.1.1 温度查找表计算
        2.       52
        3.       53
    3. 3.3 校验和错误事件
    4. 3.4 测试引脚
    5. 3.5 上电时的初始寄存器状态
      1. 3.5.1 PGA309 上电状态
  6. 4数字接口
    1. 4.1  说明
    2. 4.2  两线制接口
      1. 4.2.1 器件寻址
      2. 4.2.2 两线制访问 PGA309
    3. 4.3  一线制接口
    4. 4.4  单线制接口超时
    5. 4.5  单线制接口时序注意事项
    6. 4.6  两线制访问外部 EEPROM
    7. 4.7  单线制接口发起的两线制 EEPROM 事务
    8. 4.8  PGA309 独立模式和两线制事务
    9. 4.9  PGA309 在两线制总线上的主运行模式和总线共享注意事项
    10. 4.10 PRG 连接到 VOUT 的单线制工作模式
    11. 4.11 四线制模块和单线制接口 (PRG)
  7. 5应用背景
    1. 5.1 桥式传感器
    2. 5.2 桥式传感器的系统调节选项
      1. 5.2.1 绝对调节
      2. 5.2.2 比例式调节
    3. 5.3 修整实际桥式传感器以支持线性度
    4. 5.4 PGA309 校准过程
  8. 6寄存器说明
    1. 6.1 内部寄存器概览
    2. 6.2 内部寄存器映射
      1. 6.2.1 寄存器 0：温度 ADC 输出寄存器（只读，地址指针 = 00000）
      2. 6.2.2 寄存器 1：精细失调电压调整（零 DAC）寄存器（读取/写入，地址指针 = 00001）
      3. 6.2.3 寄存器 2：精细增益调整（增益 DAC）寄存器（读取/写入，地址指针 = 00010）
      4. 6.2.4 寄存器 3：基准控制和线性化寄存器（读取/写入，地址指针 = 00011）
      5. 6.2.5 寄存器 4：PGA 粗略失调电压调整和增益选择/输出放大器增益选择寄存器（读取/写入，地址指针 = 00100）
      6. 6.2.6 寄存器 5：PGA 配置和过量程/欠量程限制寄存器（读取/写入，地址指针 = 00101）
      7. 6.2.7 寄存器 6：温度 ADC 控制寄存器（读取/写入，地址指针 = 00110）
      8. 6.2.8 寄存器 7：输出使能计数器控制寄存器（读取/写入，地址指针 = 00111）
      9. 6.2.9 寄存器 8：警报状态寄存器（只读，地址指针 = 01000）
  9.   A 外部 EEPROM 示例
    1.     A.1 PGA309 外部 EEPROM 示例
      1.      A.1.1 外部 EEPROM 的增益和失调电压调节
      2.      94
  10.   B 详细方框图
    1.     B.1 详细方框图
  11.   C 术语表
  12.   修订历史记录

2.1 增益调节

PGA309 有三个主要的增益模块用于调节差分输入桥式传感器信号，如图 2-1 所示。前端 PGA 包含最高增益选择功能，通过在信号链的前面应用最大增益之后再添加其他噪声源来实现最高信噪比。前端 PGA 增益选择功能有八个增益设置（4、8、16、23.27、32、42.67、64 和 128），由寄存器 4 位 (11:8) 进行设置。位 11 选择输入多路复用器的极性。

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VOUT = [(VDIFF + VCOARSE OFFSET)（前端 PGA 增益）+ VZERO DAC][增益 DAC][输出放大器增益]
图 2-1 PGA309 的增益模块

前端 PGA 之后是增益 DAC。精细增益调整由 16 位增益 DAC 进行控制，可调范围为 0.3333 到 1。寄存器 2 仅用于增益 DAC 设置。

最终信号增益通过输出放大器来应用。该放大器内部有七个增益设置（2、2.4、3、3.6、4.5、6、9）可供选择。输出放大器有一个选项可禁用内部增益并允许使用用户提供的外部电阻来设置输出放大器增益。寄存器 4 位 (14:12) 可以选择内部输出放大器增益（除非在禁用内部反馈后编程为“111”）。组合的增益模块支持 2.666（400kHz 带宽）至 1152（60kHz 带宽）的 VOUT/VDIFF 信号增益。

PGA309 的前端 PGA 是一款可优化共模电压抑制的三级运算放大器仪表放大器。此仪表放大器由具有自动置零前端的运算放大器构成，基本上消除了 1/f 噪声。

与任何仪表放大器一样，此仪表放大器的输出电压摆幅和输入共模电压范围也受到限制。图 2-2 中的电路代表了 PGA309 内部的前端 PGA，用于评估关键内部节点电压，以确保不会超出输出电压摆幅和共模电压的限制。虽然有可能超出了这些内部节点的限制，但是在 PGA309 的 VOUT 上仍然具有明显有效的输出电压。可以设置内部比较器来监测这些内部节点，以便发现传感器校准期间的超限情况（请参阅节 2.8：故障监测）。

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A. 输入多路复用器允许传感器输出极性反转。
B. PGA 差分放大器增益为 4 时，可实现零 DAC 的完整范围输出以及 A1 和 A2 的完整电压摆幅输出，且不会在 A3 输入端超出共模范围。
图 2-2 前端 PGA 增益 — 内部节点计算

为 PGA309 增益模块选择适当的调节设置后，只需简单的手工分析即可检查是否存在超出内部节点限制的情况。请务必将 PGA309 输入电压（VINP、VINN）转换为共模和差分电压分量以实现最大传感器输出。该转换的模型如图 2-2 所示。前端 PGA 在差分放大器 A3 中的增益为 4。为了分析重要的内部节点 VOA1 和 VOA2，有必要为运算放大器 A1 和 A2 分配适当的增益系数 (G)。图 2-2 详细说明了这一点，其中在相应节点处展示了对应的输出电压公式。对于传感器的最大 VDIFF 输出，VOA1 和 VOA2 处于允许的以下电压摆幅范围内：0.1V < (VOA1 或 VOA2) < VS − 0.12。在本例中，0.1V < (VOA1 或 VOA2) < 4.88V。

其他应用可能会产生不同的结果，需要不同的增益调节或传感器激励路径的正或负桥臂中的电阻来调整 PGA309 的共模输入电压。PGA309 的最大允许输入电压范围 (IVR) 规格为 0.2V < IVR < VSA − 1.5V，所以在此应用中转换为 0.2V < IVR < 3.5V。在图 2-2 中，我们看到 VINP = 2.550V，VINN = 2.450V，这些数值在可接受的 IVR 规格范围内。

对于 A2 和 A1 的输出电压，差分放大器 A3 的输出 (VFRONT) 具有增益值 4，但对于零 DAC 的输出电压，增益为 1。VFRONT 是通过 VDIFF 乘以前端 PGA 增益加上零 DAC 输出电压得出。VFRONT 信号通过增益 DAC 和输出放大器增益模块接受进一步处理。

图 2-3 展示了 PGA309 内部的增益 DAC 和输出放大器增益模块。在本例中，增益 DAC 设置为 0.859475571，输出放大器的增益为 2。如图 2-3 所示，对于传感器的最大 VDIFF 输出，净输出电压 VOUT 为 4.5V。

对于 VOUT MIN，传感器输出 0V：

VOUT MIN = VZERO DAC [（增益 DAC）（输出放大器增益）]

在本例中：

VOUT MIN = 0.290908813V [(0.859475571)(2)] = 0.5000V

输出放大器具有外部连接，这使得终端用户在针对多种应用的输出放大器配置中具有最大的灵活性。VFB 和 VSJ 引脚的使用方法如节 2.4 - 输出放大器 中所述。

Example2-1 展示了求解增益设置的过程。

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VOUT = [(VDIFF + VCOARSE OFFSET)（前端 PGA 增益）+ VZERO DAC][增益 DAC][输出放大器增益]
图 2-3 PGA309 的精细增益调整