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nekocup2017
タイトル
AD7124-4のアナログ入力範囲
ポイント []
pt.
アクセス360
カテゴリーA/D&D/Aコンバータ、クロック
キーワード Pt100センサ   AD7124-4   リファレンス   イネーブル   アナロググラウンド   Powered by Yahoo
投稿日時17/09/18 12:00
AD7124-4のアナログ入力範囲およびリファレンス入力範囲について質問があります。

現在、4線式のPt100センサを接続しようと考えています。定電流源は内蔵のものを1mAで使い、リファレンス電圧は外付け抵抗で励起して生成する予定です。

まず、Pt100センサの片側は電流源ですが、もう一方を、抵抗などを介さずに、アナロググラウンドレベルにしたいと考えています。
そして、励起抵抗は、Pt100センサの上に配置したい、と考えています。

内蔵電流源 - 励起抵抗 - Pt100センサ - アナロググラウンド

、という接続です。

AD7124-4のデータシートでは、ゲイン > 1 のアナログ電圧絶対値の入力範囲は AVss - 0.05 V to AVdd + 0.05 V とあります。
また、P. 44 には、

> ゲインが 1 よりも大きい場合、アナログ入力バッファは自動的 にイネーブルになります。入力バッファの前に配置されている
> PGA はレールto レールです。このため、この場合の絶対入力 電圧範囲は AVSS - 50 mV ~ AVDD + 50 mV になります。

とあるので問題なさそうです。


次に、リファレンスですが、データシートでは、リファレンス電圧絶対値の入力範囲は Avss + 0.1 to AVdd - 0.1 とあります。
P. 45 には、

> リファレンス入力はオンチップで バッファ付きにすることもできます。バッファには、100 mV の ヘッドルームが必要です。

とあります。
そうすると、実際の接続は、

内蔵電流源 - ヘッドルーム生成用抵抗 - 励起抵抗 - ヘッドルーム生成用抵抗 - Pt100センサ - アナロググラウンド

となりそうです。
と、ここで、回路ノート CN-0382 の存在に気づきました。ここにAD7124-4を用いた回路例が載っています。
すると、P. 3、図2 に、Pt100とアナロググラウンドの間に470Ωの抵抗が入っています。

> PGA使用時にはアナログ入力バッファがイネーブルになるので、これらのバッファは自動的にイネーブルされます。
> リファレンス・バッファには、ある程度のヘッドルーム(電源レール内の100 mV)が必要です。
> したがって、このヘッドルームを確保できるよう、下側に470 Ωの抵抗が組み込まれています。

とあります。しかし、Pt100の片側は、どうしてもアナロググラウンドに繋いでおきたいです。

質問ですが、CN-0382 P.3 図2 について、

・説明を読むとバッファがイネーブルになっている前提です。そうすると、リファレンスにはヘッドルームが出来るが、PGAはレールtoレールのため、Pt100の片側はアナロググラウンドに接続しても良いのではないか?
・ヘッドルーム生成用の470Ωの抵抗は、Pt100とアナロググラウンドの間ではなく、励起抵抗とPt100の間に配置しても良いのではないか?

どうぞよろしくお願いします。

AD7124-4:
http://www.analog.com/jp/products/analog-to-digital-converters/precision-adc-10msps/ad7124-4.html#product-overview

CN-0382:
http://www.analog.com/jp/design-center/reference-designs/hardware-reference-design/circuits-from-the-lab/cn0382.html#rd-overview

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nekocup2017 回答番号 2
タイトル
ありがとうございます
ポイント
pt.
アクセス323
投稿日時17/09/22 08:57
Greenlineさん、コメントありがとうございます。
この構成はイマイチ自信が持てなかったので、確認してみます。
昨日は評価ボードを買いましたし、、

AD7124-4に限らず、アナデバさんのデータシート・アプリケーションノートには、4線Pt100センサの片側がグラウンドから浮いている回路例が存在します。
実は、これで痛い目にあっています、、

AD7785を使ったときのことです。
諸事情から内蔵定電流を使わず、OPアンプで吸い込み型の1mA定電流源を作りました。グラウンド側に検出抵抗1kΩを追加し、1mA x 1kΩ = 1V、この電圧をOPアンプにフィードバックして定電流を作ります。結果、Pt100センサがグラウンドから1V浮くことになりました。
この時点ではなんの疑問も持っていなかったのですが、、

そして、基板が出来上がり、筐体に組み込み、回路校正し、氷点を測ってみると、、合いません。Pt100のA級なら±0.15℃に入るところが、大幅にずれていました。デジタルマルチメーターで抵抗を測定すると、、問題なし。すると、回路の問題?かと思いましたが、標準抵抗計で回路校正したのだから、こちらも問題なし。

色々調べて分かったことは、、Pt100センサコネクタの信号ピンとケースの絶縁が落ちているためでした。一番悪い状態だと、200kΩでした。絶縁計ではなく、テスターで。

こんな挙動になっていました。
1. Pt100センサはステンレスシースで、ケーブルのシールド~コネクタピン or コネクタケースを通してシャーシに接続
2. センサを加工した外注さんは、筆でフラックスをコネクタにペタペタ塗ってから、信号線とコネクタピンをはんだ付けしていた
3. その後、フラックスを除去していなかった
4. すると、フラックス経由で信号線の電流がシャーシに流れる
5. 検出抵抗に想定される電流が流れず、駆動用OPアンプからもっと電流が流れる→1mAを超える
6. そのため、想定を超える温度を表示する

という流れでした。
ちなみに、デジタルマルチメーターで測定したときは、シャーシへ流れる経路がないため、正常に測定できていた、というオチでした。

今回はフラックスが原因でした。
しかし、シース内に詰められた絶縁材の絶縁が落ちても同様の影響が起きます。その影響はセンサ片側がグラウンドに直接繋がっていれば、かなり緩和できることが、シミュレーションで分かりました (LTspice万歳)。

そのため、センサ片側はグラウンドが良いな、、と考えています。
長文失礼しました、、

Greenline 回答番号 1
タイトル
re:AD7124-4のアナログ入力範囲
ポイント
pt.
アクセス342
投稿日時17/09/21 17:42
nekocup2017さん、こんにちは。

お名前からするとネコ好きでいらっしゃいますか?
そういう私も過日、始めてネコカフェなるところに行ってきました(笑)。
みんな(?)世間ずれしている雰囲気プンプンで、癒されませんでした(笑)。

さて、ご質問の点についてですが、当該CNを見てみますと、おっしゃるように図3の右側の段に

「リファレンス・バッファには、ある程度のヘッドルーム(電源レール内の 100 mV)が必要です。したがって、このヘッドルームを確保できるよう、下側に 470 Ω の抵抗を組み込みました。」

とありますね。470オームを逆にしてもリファレンス・バッファの入力レベルは変わりませんから、おっしゃる使い方(Gain > 1なら)ができそうだと考えられそうです。
まずは一度実験してご確認いただくことをお奨めいたします。

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