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杨梦月

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[问答]

AD7190数据滤波处理请问如何减小ADC的数据跳动?

使用AD7190做一个测力方案,高速数据采集,AD7190外接的是电阻桥形式的称重传感器


应用场景:
压力传感器装在垂直直方向上,垂直方向上由电机运动,压力传感器在垂直方向上接受0-5g的压力,
在5ms时间内传感器上的压力从0变化到5g力,当传感器压力达到1.5g时电机停止运动,
如果AD7190采样速率慢,电机停止的就慢,电机停止运动时的压力就变大,
所以AD7190  ADC采样速率配置为4.8kHz采样率(最高的采样率),
ADC配置为连续采样模式,


问题一:
在高速采样时,传感器在没有受到压力时,理论上应该是0,实际上数据跳动变化有400(单极性模式 清零后),在有压力时,数据跳动有5000(转换为力值约为0.5g力),因此,想去除数据的跳动,请问如何减小ADC的数据跳动???
斩波 ?斩波对于4.8kHz采样率能否起作用
sin4 sin3滤波器?4.8k采样率还能否滤波?



问题二:
当ADC数据超过1.5g时,IO1输出高电平
当ADC数据不超过1.5g时,IO1输出低电平
MCU接收到PC的指令后,中断连续采样模式,MCU发送ADC数据给PC,然后再进入连续采样模式,
如何中断连续采样后,再重新进入连续采样模式???
连续采样模式,需要2个Tadc采样时钟周期???

问题三:
SYNC启动转换指令
      CS高电平
      CS低电平
     SYNC 低电平
     SYNC 高电平
     ADC 采样
  请问使用SYNC控制启动ADC启动转换指令与连续采样有什么区别吗?
请问使用SYNC控制ADC复位RDY引脚,SYNC是否控制ADC重新建立ADC采样??对ADC采样数据是否有影响???

问题四:
数据输出速率对ADC采样精度的影响???
50次采样速率与4.8k采样频率对比,
两次程序对比只更改了采样频率,前后两次对比
为什么50次采样频率数据跳动很小(图片中下面的数据)?4.8k采样频率数据跳动很大(图片中上面的数据)?

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回帖(5)

郝思雨

2018-8-16 08:01:05
楼主很厉害啊,分析问题挺仔细的,我大概说一下我的观点吧,一起探讨一下。
 
问题一:
在高速采样时,传感器在没有受到压力时,理论上应该是0,实际上数据跳动变化有400(单极性模式 清零后),在有压力时,数据跳动有5000(转换为力值约为0.5g力),因此,想去除数据的跳动,请问如何减小ADC的数据跳动???
斩波 ?斩波对于4.8kHz采样率能否起作用
sin4 sin3滤波器?4.8k采样率还能否滤波?
 
答:没有压力输入时,理论上系统的输出应该是0,但是实际物理系统都存在噪声,这里当电压分辨率足够高的时候,看到的肯定就不是一个稳定的值,而是噪声了,楼主不用担心有噪声是不是就不能用了,只需要拿自己的测试的噪声数据对照一下数据手册中的噪声参数,如果相似就可以认为已经达到ADC指标了。
第二个现象是为什么有压力时的数据跳动更大
1. 如果威廉希尔官方网站 硬件没有问题,不排除系统的抖动,电机和传感器之间是否有抖动,结构是否稳定等
2. 在高精度测量中,工频干扰是快速高精度测量的大敌,我怀疑楼主这个地方的噪声由400个码变为5000个码,也有可能是因为50Hz干扰的引入导致的,所以希望楼主将测试数据作图,观察所有测量结果中码值跳动频率是否为50Hz的干扰信号导致,如果是,那么可以通过加强屏蔽,增加滤波器,改善电源供电处的50Hz干扰引入。
 
问题二:
当ADC数据超过1.5g时,IO1输出高电平
当ADC数据不超过1.5g时,IO1输出低电平
MCU接收到PC的指令后,中断连续采样模式,MCU发送ADC数据给PC,然后再进入连续采样模式,
如何中断连续采样后,再重新进入连续采样模式???
连续采样模式,需要2个Tadc采样时钟周期???
 
答:重新配置ADC模式寄存器即可重新进入连续采样模式
       AD7190是sigma delta结构的ADC,所以连续采样模式下,需要的采样时钟周期不能简单的和逐次比较型ADC进行类比。
 
问题三:
SYNC启动转换指令
      CS高电平
      CS低电平
    SYNC 低电平
    SYNC 高电平
    ADC 采样
  请问使用SYNC控制启动ADC启动转换指令与连续采样有什么区别吗?
请问使用SYNC控制ADC复位RDY引脚,SYNC是否控制ADC重新建立ADC采样??对ADC采样数据是否有影响???
 
答:SYNC是同步信号引脚,将SYNC引脚拉低时,会使ADC停止工作,并将ADC内部的数字滤波器清零,所以最好不要使用该引脚控制ADC的时序。
     
问题四:
数据输出速率对ADC采样精度的影响???
50次采样速率与4.8k采样频率对比,
两次程序对比只更改了采样频率,前后两次对比
为什么50次采样频率数据跳动很小(图片中下面的数据)?4.8k采样频率数据跳动很大(图片中上面的数据)?
 
答:数据输出速率越低,ADC的精度越高,楼主可以参考数据手册中不同输出速率下的噪声指标。

 
最后建议楼主可以参考一下ADI官网关于sigma deltaADC的一些资料,可以看看这种ADC的实现原理,为什么可以达到这么高的精度,对你自己的设计会很有帮助的哈
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杨梦月

2018-8-16 08:19:02
引用: 深圳王先生 发表于 2018-8-16 08:01
楼主很厉害啊,分析问题挺仔细的,我大概说一下我的观点吧,一起探讨一下。
 
问题一:

关于问题三:
答:SYNC是同步信号引脚,将SYNC引脚拉低时,会使ADC停止工作,并将ADC内部的数字滤波器清零,所以最好不要使用该引脚控制ADC的时序。
我程序是想按照如下思路考虑的,
项目有串口需求,
大概在40ms的周期内MCU会收到电脑的串口查询压力指令,MCU就停止连续采样模式,将ADC采样的值发送给电脑,之后再进入连续采样模式,总而言之,就是需要不停的中断连续采样,再重新进入高速连续采样!
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孙秀英

2018-8-16 08:24:21
1楼回答的已经很详细了,很喜欢,先点赞。我在此就给楼主一些建议吧。
        斩波使能可以很大程度的抑制失调误差和漂移,在斩波使能时,使用1200以下的数据输出速率才能同时使用sin4滤波器。建议楼主仔细看看数据手册,采样率为50时,需要完成96次转换获得一个结果,而当采样率达到4800时,一次转换就获得一个结果,对于小信号输入,AD7190的有效位还打不到16位,虽然说是24位ADC。但真正达到24位有效位,那是需要保证在使能斩波和使用4或3阶正弦滤波器的条件下才能实现的,但此时的数据传输速率才1点多。所以,楼主要想实现高有效位快速采样,就应该选择速度更高的ADC,例如:AD7175-2等。
        AD7190的模拟电源和应变电桥的激励电源以及AD7190的基准电源上的噪声,也都是造成数据波动的原因,如果打算用AD7190实现高速称重测力的话,必须保证这些电源的纯净。建议使用低噪声LDO产生这一电源,AD7190的模拟电源和应变电桥的激励电源以及AD7190的基准电源这三者可以使用同一+5V低噪声电源,如果楼主所用传感器是六线制的话,建议从传感器的反馈线上获得AD7190的基准电源。
        根据楼主的应用情况,应变传感器的激励线(如果是六线制还包括反馈线)和信号线上,建议增加共模滤波器,这对于稳定ADC的输出很有好处。
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杨梦月

2018-8-16 08:44:05
引用: tyh_candy 发表于 2018-8-16 08:24
1楼回答的已经很详细了,很喜欢,先点赞。我在此就给楼主一些建议吧。
        斩波使能可以很大程度的抑制失调误差和漂移,在斩波使能时,使用1200以下的数据输出速率才能同时使用sin4滤波器。建议楼主仔细看看数据手册,采样率为50时,需要完成96次转换获得一个结果,而当采样率达到4800时,一次转换就获得一个结 ...

关于:
采样率为50时,需要完成96次转换获得一个结果,而当采样率达到4800时,一次转换就获得一个结果
我只对于ADC应用比较熟,对于滤波这类的算法还有其他的理论知识确实欠缺。
 
关于:
楼主要想实现高有效位快速采样,就应该选择速度更高的ADC,例如:AD7175-2等。
对比了AD7175-2的芯片内部结构,ad7190内部有PGA,可以放大信号。
理论上AD输入最好在量程的2/3值比较好。所以选择的ad7190
 
关于:
建议使用低噪声LDO产生这一电源,AD7190的模拟电源和应变电桥的激励电源以及AD7190的基准电源这三者可以使用同一+5V低噪声电源,如果楼主所用传感器是六线制的话,建议从传感器的反馈线上获得AD7190的基准电源。
我使用的电源确实比较一般,mv级别的纹波。金升阳的K7805
 
关于:
建议增加共模滤波器
我对于共模滤波器还处于空白状态,不知道有没有一个大概的威廉希尔官方网站 ,我下来查资料增加一个类似的功能。
 
综上,非常感谢您的帮助!赞!
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