Входной импеданс АЦП на микроконтроллерах

12

Какое входное сопротивление типичного АЦП MCU? В этом случае я работаю с PIC24FJ64GA004. Мне не нужна высокоскоростная выборка - максимум 100 выборок в секунду.

Я хочу подключить резистивный делитель с резистором 100 кОм и резистором 10 кОм, поэтому импеданс должен быть выше 1 м, иначе импеданс начнет искажать показания.

Томас О
источник
Входной импеданс - это не то, о чем вам следует беспокоиться при частоте дискретизации 100 Гц с источником суб-мегаом, а такие вещи, как наложение или захват переходных процессов (если это даже имеет значение).
Ник Т

Ответы:

10

Входной ток утечки

Чтобы определить падение напряжения на резисторах от затвора, вам нужно использовать ток утечки из таблицы. Микрочип определяет «Входной ток утечки» на своих листах данных. Таблица данных, которую я посмотрел, определяет ток утечки на входе 1uA. Это может вызвать 0,1 В или 100 мВ, что в два раза больше, чем рассчитал Роберт, вероятно, не проблема для вашего сигнала.

Помните, что если вы делите сигнал 30 В до 30/11 (2,7 В) при полном считывании, то к этому добавляется 100 мВ, что вызывает ошибку до 3% в вашем сигнале 30 В.

Если вам нужно разрешение 1 В, разделите его на 11, а затем добавьте 100 мВ. Эти 100 мВ могут быть больше, чем сигнал 1 В.

Входная емкость

Роберт прав, емкость есть, но это действительно указывает количество времени, необходимое для измерения АЦП. Это также в сочетании с выбранным входным сопротивлением создает фильтр нижних частот, если вы хотите измерять сигналы с более высокой частотой, вы не сможете их захватить.

Уменьшение ошибки

Самый простой способ - уменьшить сопротивление на делителе или сохранить буфер. Когда вы буферизуете сигнал, вы замените ток утечки PIC на ток утечки операционного усилителя, который вы можете получить достаточно низким.

Это 1 мкА - наихудший случай, если только вам не придется вносить незначительные изменения в дизайн, улучшать свой дизайн и проверять, насколько он плох для вас.

Пожалуйста, дайте мне знать, если я могу что-нибудь сделать, чтобы это было легче читать.

Kortuk
источник
Хорошо, 3% довольно высоко ... есть ли способ уменьшить это? Я думаю, я мог бы уменьшить сопротивление делителя ...
Томас О
это 3%, если ваше наименьшее значение составляет 30В.
Кортук
добавлена ​​дополнительная информация.
Кортук
12

Входы АЦП MCU могут испытывать переменное входное сопротивление в зависимости от того, подключен ли колпачок образца и удержания к контакту или нет. Возможно, стоит потратить силы на использование операционного усилителя для буферизации сигнала. Операционный усилитель будет иметь дополнительное преимущество, позволяя вам отфильтровывать частоты выше Найквиста, что также является хорошей практикой.

ajs410
источник
К сожалению, я не могу сэкономить место для операционного усилителя.
Томас О
2
Вы не можете сэкономить место для компонента SC70-6, и вы называете себя нубом?
akohlsmith 22.10.10
согласовано, один операционный усилитель для фильтрации ниже скорости nyqusit и установки усиления, а второй дополнительный для буферизации входа.
smashtastic
6

Одна точка, еще не упомянутая, - это переключаемая емкость на входе. Многие АЦП подключают конденсатор к входу во время измерения, а затем отключают его через некоторое время. Начальным состоянием этой крышки может быть последнее измеренное напряжение, VSS или что-то непоследовательное. Для точного измерения необходимо, чтобы вход не сдвигался при подключении емкости, или чтобы он отскакивал и восстанавливался до отсоединения конденсатора; на практике это означает, что либо емкость на входе должна быть выше определенного значения, либо время RC, образованное входной емкостью и полным сопротивлением источника, должно быть ниже определенного значения.

Предположим, например, что коммутируемая входная емкость составляет 10 пФ, а время сбора данных составляет 10 мкс. Если входной импеданс равен 100 кОм, нет никакой другой входной емкости, кроме емкости АЦП, а разница между напряжением начальной крышки и измеряемым напряжением равна R, тогда постоянная времени RC будет 1 мкс (10 пФ * 100 кОм) , таким образом, время получения будет 10 постоянных времени RC, а ошибка будет R / exp (10) (около 22 000 R /). Если R может быть напряжением полной шкалы, то ошибка будет проблемой для 16-разрядных измерений, но не для 12-разрядных измерений.

Предположим, что на плате было 10pF емкости в дополнение к 10pF коммутируемой емкости. В этом случае начальная ошибка будет уменьшена вдвое, но постоянная времени RC будет удвоена. Следовательно, ошибка будет R / 2 / exp (5) (около R / 300). Едва достаточно хорош для 8-битного измерения.

Увеличьте емкость еще немного, и все станет еще хуже. Увеличьте емкость до 90 пФ, и ошибка будет R / 10 / exp (1) (около R / 27). С другой стороны, если кепка становится намного больше, ошибка вернется вниз. При емкости 1000 пФ погрешность будет около R / 110; при 10000 пФ (0,01 мкФ) это будет около R / 1000. При 0,1 мкФ это будет около 10000 руб., А при 1 мкФ это будет около 100000 руб.

Supercat
источник
5

Взгляните на страницу 198 таблицы . На штыре 6-11 пФ, а на удерживающей крышке - 4,4 пФ.

Роберт
источник
Да, но что это значит для меня? Извините, я все еще нуб.
Томас О
На вход поступит около 500 нА (источник тока). Конденсаторы будут ограничивать частоту дискретизации. Chold требуется время для зарядки, когда он переключается на входной контакт.
Роберт
500 нА может понизиться до 50 мВ, что довольно много, но не так много в моем полном диапазоне 0-30 В, это будет около 5 мВ, что вполне нормально. Благодарность!
Томас О
3

В дополнение к хорошим моментам, которые суперкатер поднял в своем посте, есть еще одна тонкость, которую следует отметить, когда вы используете небуферизованный делитель напряжения с внешним конденсатором.

Перенос заряда, который происходит каждый раз, когда вы выполняете последовательность показаний АЦП, при умножении на частоту повторения последовательности становится током . Среднее значение постоянного тока для этого тока: Csamp * deltaV * f, где Csamp - емкость выборки (не внешняя емкость!), DeltaV - напряжение между последовательными входными каналами, а f - частота повторения последовательности (как часто вы проходите цикл 1 полная последовательность образцов).

Когда у вас есть внешний конденсатор, чтобы уменьшить эффекты переноса заряда и избежать длительного времени выборки, он имеет отрицательный эффект низкочастотной фильтрации этого входного тока, необходимого для зарядки конденсатора выборки, который будет отображаться как входное напряжение -зависимый ток утечки, который вызывает смещение напряжения на вашем импедансе источника.

Только для некоторых примеров: ваш делитель напряжения (100K || 10K) составляет около 9K, и если deltaV между каналами = 3V, Csamp = 10pF и f = 10 кГц, это приведет к ошибке напряжения 2,7 мВ или чуть меньше, чем 0,1% дельтаВ. Не много, но достаточно, чтобы быть в курсе. Вы не должны использовать 1M || Делитель напряжения 100К с частотой повторения 10 кГц - конечно, это довольно быстро, и для более медленных частот повторения вам не нужно беспокоиться.

Я написал об этом и других проблемах вождения АЦП в своем блоге .

Джейсон С
источник
Ваша точка зрения о повторном емкостном переключении в виде постоянного тока является хорошей. В сценарии, где у меня было больше всего проблем с емкостным переключением, моя частота дискретизации была ниже 1 Гц, поэтому ток, потребляемый или поглощаемый переключаемым входом, не являлся проблемой, но для ситуаций, связанных с непрерывным сбором данных, это проблема, которая победила. не может быть решен с помощью входного фильтра, независимо от его размера.
суперкат
Кстати, что касается вашего блога, другая пара подходов к решению проблемы, с которой столкнулся другой инженер, может изменить последовательность опроса на (образец термистера № 1), (образец фиксированного сигнала нулевого напряжения), (образец термистера № 2 ), (образец фиксированного сигнала нулевого напряжения), или, если начальной точкой для крышки всегда является предыдущее считанное напряжение, отмеряйте каждый термистор дважды для каждой группы образцов, либо просто используя второе значение, либо, возможно, настройку второе значение на основе второго показания другого датчика и первого значения считывания.
суперкат