Входное сопротивление аналоговых выводов Arduino Uno?

18

Я использую чип восприятия тока на основе эффекта Холла ACS712 на некоторых небольших роботизированных двигателях и считываю аналоговое напряжение с Arduino Uno. У меня были достаточно хорошие результаты, но только после того, как я вставил RC фильтр на выходе. Однако в примечании к приложению на листе данных сказано, что этого нельзя делать:

«добавление RC-фильтра к выходу сенсорной ИС может привести к нежелательному затуханию на выходе устройства - даже для сигналов постоянного тока».

Затем он дает формулу для расчета затухания, но это зависит от знания входного импеданса всего, что читает сигнал, так что это то, что я здесь.


источник

Ответы:

23

Здесь есть несколько факторов.

Во-первых, входное сопротивление АЦП. ATmega328P использует АЦП с последовательным приближением . Таким образом, вход в основном является входом для компаратора, поэтому АЦП имеет очень высокий входной импеданс.

введите описание изображения здесь

АЦП определяется как имеющий входное сопротивление 100 МОм (то есть Мегаом).
Тем не менее, это кажется мне несколько подозрительным. Учитывая тот факт, что утечка аналогового входа не указана, я предполагаю, что это электрические характеристики только АЦП, а не АЦП вместе со всей структурой выводов ввода-вывода. Я бы предположил, что линии ввода-вывода АЦП, которые используются совместно с цифровым вводом-выводом, имеют гораздо больший ток утечки (1 мкА из документов), чем линии ввода-вывода, которые являются только аналоговыми (50 нА, при условии, что компаратор SAR аналогичен аналоговому компаратору топология ввода).


Однако здесь есть еще одно соображение, которое является причиной того, что Atmel задает импеданс источника <10 кОм:
входная емкость

введите описание изображения здесь

В основном входные соединения с АЦП внутри микросхемы после мультиплексора имеют некоторую емкость. Если вы посмотрите на эквивалентную схему для входа АЦП ATmega:
введите описание изображения здесь

Вы можете увидеть, как выглядит вход.

Проблема с высоким сопротивлением источника возникает при переключении входного мультиплексора с одного контакта на другой. Если у вас есть два входа, один на 0,5 В и один на 4,5 В, когда вы переключаетесь с одного на другой, вход должен заряжать (или разряжать) этот конденсатор 14 пФ.

Если источник сигнала имеет очень высокий импеданс, необходимость зарядки конденсатора может привести к временному падению входного напряжения. Если АЦП преобразует данные на входе, пока конденсатор все еще заряжается, вы получите неправильное значение.

Это может , вероятно , иметь дело, позволяя входной отстояться АЦП в течение периода времени после переключения каналов АЦП, но лучший способ борьбы с ним , чтобы просто убедиться , что источник входного сигнала может заряжать емкость достаточно быстро , что это не проблема.

Коннор Вольф
источник
1
Красиво прописано.
gwideman
2
Я знаю, что это старый вопрос, но как можно "просто убедиться, что входной источник может зарядить емкость достаточно быстро, чтобы это не было проблемой"?
RubberDuck
2
@RubberDuck - если ваш вход имеет высокий или неизвестный импеданс, поместите его в буфер, используя что-то вроде операционного усилителя, настроенного как повторитель напряжения с единичным усилением .
Коннор Вольф
+1 за "Здесь есть емкость". Теперь я это понимаю.
Eiver
8

Лист данных не совсем понятен.

http://www.atmel.com/images/atmel-8271-8-bit-avr-microcontroller-atmega48a-48pa-88a-88pa-168a-168pa-328-328p_datasheet_complete.pdf

(24.6.1) Страница 244 гласит: «АЦП оптимизирован для аналоговых сигналов с выходным сопротивлением приблизительно 10 кОм или менее. Если такой источник используется, время выборки будет незначительным».

Это ближе всего к тому, что я когда-либо нашел в таблице данных, где говорится об импедансе АЦП.

baldengineer
источник
Если вам нужно точное значение, 100 МОм указано в Таблице 29-15 на стр. 310.
Брайан Гордон
Он называет это «Сопротивление аналогового входа». Итак, через это заряжается крышка 14 пФ? Я бы сказал, лучше иметь что-нибудь на переднем крае. Я использую 0,01 заглушки для постоянных напряжений, которые не меняются быстро.
SDsolar