1.问: CS1237/CS1238 主要适用领域有哪些?
答:CS1237/CS1238 是针对桥式传感器的低成本解决方案。一般应用于称重测量、压力测量等细分领域。如下图所示:
2.问:除了桥式传感器,CS1237/CS1238 还适用于其它应用领域吗?
答: 取决于AINP/AINN 端口的差分信号范围以及共模电压范围是否满足Datasheet 的要求。如下图所示:
3.问:CS1237/CS1238 是否有单次转换模式?
答:否。CS1237/CS1238 只有连续转换模式。
4.问:CS1237/CS1238是否可以单端输入模式(AINN 接地)?答:如问题2 所述,输入信号需要满足共模与差模范围,一般情况下不建议单端输入的应用使用该系列产品。当PGA=64/128 时,不允许AINP 或AINN 直接接地,否则测量信号异常;当PGA=1/2 时,由于Buffer 开启的缘故,单端输入阻抗不宜太大(建议前端电路的输出阻抗几十欧姆以下),否则会影响线性。
5.问:CS1237/CS1238 的工作电压范围是多少?为什么数据手册里面描述4.55.5V、3.0V3.6V 的?
答: 1、工作电压范围是2.7V~5.5V。
2、数据手册描述的是两个典型电压值(5V/3.3V)的工作电流,并不是只能工作在这两个电压区间。
6.问: CS1237/CS1238 上电默认配置是什么?
答: 上电默认配置是PGA=128、DataRate=10Hz。
7.问:CS1237/CS1238 的外置参考电压是否可以高于VDD?
答:不可以。外置参考电压需满足条件:REFIN=1.5V~VDD。举例:桥式传感器的应用不允许传感器激励源以及参考输入使用5.0V,而VDD 使用3.3V。
8.问:CS1237/CS1238 的REFIN 和REFOUT引脚分别表示什么意思?
答:REFIN 表示ADC 基准源输入;REFOUT 表示电压激励源输出,常用于桥式传感器的激励源,输出电压值为VDD。如下图所示:
9.问:在桥式传感器应用里,为什么 REFIN 与REFOUT连在一起?
答:使用传感器的激励源作为ADC 的参考源,(桥式传感器应用)可以有效抑制漂移,降低系统对参考源的要求。其中REFIN 为参考源输入,REFOUT 为传感器激励源。对于一般应用,两者通常连在一起,可以通过REFOUT 引脚控制激励源的开启/关闭。如果系统使用外部激励源/参考源,则悬空REFOUT 引脚即可,因此并不规定REFIN 引脚必须与REFOUT 引脚连在一起。
11.问:实际应用中,多个称重传感器应该怎么与 ADC 连接?
答:如果传感器是测量同一物体(例如:厨房垃圾处理器),一般建议使用并联的方式。则相同类型的信号线连接在一起。对于传感器的要求是产品规格尽量一致,尤其是灵敏度需要一致,否则会导致偏载问题。如果使用REFOUT 引脚输出VS,需要注意传感器的激励电流是否在合理范围内。
举例:
如果系统不是测量同一个物体,则传感器单独连接不同的模拟通道或不同的ADC。
12.问:为什么 REFOUT引脚输出的电压值小于VDD 引脚的电压值?REFOUT 引脚最大输出电流大约多少mA?
答: 1、因为激励源控制电路存在Ron(典型值10ohm),当电路接上传感器时,激励电流经过Ron 会产生压降,这是正常现象。
2、REFOUT 引脚最大输出电流约为20mA。假如多个小阻值传感器(例如350ohm)并联使用,建议使用外部激励源,以免造成激励源电压下降严重。大阻值传感器(例如1200ohm)并联使用则影响不大。
13.问:如果使用外部激励源作为参考,不使用 REFOUT输出作为参考,电路如何实现?
答:悬空REFOUT 引脚即可。但需要注意参考电压不能高于VDD。对于桥式传感器,低成本应用可以使用VDD 作为激励源。如下图所示:
14.问:CS1237/CS1238 是否可以使用开关电源进行供电?
答:可以,但不建议直接使用开关电源供电。最好经过电源滤波,然后次级电源使用线性电源电路给ADC 供电。
15.问:CS1237/CS1238的通信接口是标准SPI 端口吗?
答:不是的。CS1237/CS1238 是Chipsea 自定义的双向通信接口。需要主控使用GPIO 模拟时序。
16.问:CS1237/CS1238 是否可以与主控使用不同的电压供电?
答: 可以。但需要注意通信的GPIO 电平是否符合要求。举例:CS123x 使用5.0V 供电,MCU使用3.3V 供电。由于VIH 最小值为0.7*5.0V=3.5V,因此MCU 的SCLK 高电平必须>3.5V 才能使ADC 有效识别。可以使用电平转换电路实现IO 电平匹配。
17.问:CS1237/CS1238的模拟输入如果处于悬空状态,AD 值乱跳是否正常?
答: 这是正常现象。因为CS1237/CS1238 的模拟输入处于不确定状态,因此AD 值会乱跳。
18.问:CS1237/CS1238切换通道时,需要像其它sigma-delta ADC丢掉前几笔数据吗?
答: CS1237/CS1238 切换通道时会自行丢掉无效数据,无需用户额外处理。如下图所示:
19.问:CS1237/CS1238 的读写操作需要注意什么事情?
答: 1、主控上电后默认设置:SCL 输出低电平,SDA 输入开上拉。
2、通信时序SCL 高电平需要<100μs,否则会误触发进入休眠模式,一般建议SCL=2μs~15μs。
3、完整时序为46 个clocks。
举例:读取AD 值操作,发送24 个CLK 读取AD 值,然后发送22 个空CLK。如果采用上电默认配置,也可以发送24 个CLK+3 个空CLK(非完整时序),简化读取AD 值操作。
4、在New Data Update 期间(t8),读写ADC 操作无效,且时序复位。因此避免在t8 期间读取AD 值,以免时序混乱。
5、读取AD 值(包括读写寄存器),建议使用外部下降沿中断判断New Data Ready,如果中断有效则标志位使能,然后根据标志位读取AD 值。如果不是在中断函数里操作读写时序,则读写操作前需要关闭相应的外部中断,读写操作完毕后再开启中断。
6、如果使用查询的方法(每隔一段时间判断SDA 是否为低电平),需要缩短查询间隔(例如1ms~5ms),避免读取数据期间New Data Update 导致时序错乱,表现为AD 值每隔一段时间乱跳。
7、CS1237/CS1238 配置命令的长度为7bits,因此写配置命令(0x65)/读配置命令(0x56)的bit7无效,发送数据时发送bit6~bit0。
20.问:为什么 AD 值每隔一段时间会跳动一下又恢复正常?
答: 因为CS1237/CS1238 在New Data Update 期间会更新AD 值,且时序复位。如果读取AD 期间遇到New Data Update 就会导致时序错乱,表现为AD 码值错乱。
举例:如下图所示,虽然每次读取AD 值前都判断SDA 是否为低电平,但如果没有时序对齐的话,就会可能出现读取期间遇到New Data Update 的状况。
读取AD 值(包括读写寄存器),建议使用外部下降沿中断判断New Data Ready,如果中断有效则标志位使能,然后根据标志位读取AD 值。外部中断起到时序对齐的作用。
如果不是在中断函数里操作读写时序,则读写操作前需要关闭相应的外部中断,读写操作完毕后再开启中断。如果使用定时查询的方法(每隔一段时间判断SDA 是否为低电平),需要缩短查询间隔(例如1ms~5ms)。DR=640Hz/1280Hz 则不建议使用查询判断,以免定时中断频繁产生。
21.问:为什么 CS1237/CS1238 的实际测量值与理论计算不一致?
答:影响ADC 的测量误差有很多因素,需要逐一排查。首先确保读取AD 值的时序是正确的。需要排查的因素有以下几方面:传感器输出阻抗、模拟滤波回路、电源基准的初始误差,ADC 的增益误差与零点误差,等等。对于称重应用,由于传感器的误差较大、一致性较差,通常需要进行系统标定。
22.问:为什么称重传感器接大地,且系统使用开关电源供电时,AD 值会乱跳?
答:因为使用开关电源供电会产生大量电源噪声,通过激励源干扰传感器应变片,从而导致模拟输入信号叠加噪声,从而影响AD 值。虽然应变片与弹性体是绝缘的,但仅限于直流或低频交流绝缘,一些传感器无法有效绝缘开关噪声。当传感器弹性体接大地时,会导致大地产生交流回路。举例:优化电源滤波电路,减少开关噪声的影响;缩窄模拟滤波的输入带宽,例如增大RC 常数。
23.问:CS1237/CS1238 进行Layout 时需要注意什么问题?
答: Layout 时尽量避免数字回路干扰模拟回路,尤其是模拟输入电路。模拟输入为差分回路,滤波电路尽量靠近AIN 端口,差分回路面积尽量减小。如果条件允许,ADC 回路与MCU 回路采用单点接地的方案。
补充说明:所谓单点接地并不是物理意义的一点接地,而是指电路拓扑互不相交的意思。
24.问:如何排查 CS1237/CS1238 异常问题?
答: 首先确认处于量产阶段,还是开发阶段。如果是量产产品,则着重检查芯片是否损坏。简单的方法包括:观察AD 值是否跳动幅度大;测量工作电流/休眠电流,看是否明显异常;测量芯片的二极管特性(GND-IO、IO-VDD、GND-VDD、VDD-GND)是否异常;输入额定信号,测量值是否与理论值接近;等等。
如果处于开发阶段,则着重检查以下几方面:
1、检查硬件设计是否有误;
2、检查模拟输入、基准源输入是否满足数据手册要求;
3、检查ADC 与MCU 通信IO 电平是否一致;
4、检查通讯时序是否异常。
具体现象可以参考上述各问题的描述。
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