Impedancja wejściowa ADC na MCU

Jaka jest impedancja wejściowa typowego ADC MCU? W tym przypadku pracuję z PIC24FJ64GA004. Nie potrzebuję szybkiego próbkowania - maksymalnie 100 próbek na sekundę.

Chciałbym połączyć dzielnik rezystywny z rezystorem 100k i rezystorem 10k, więc impedancja powinna być większa niż 1M, w przeciwnym razie impedancja zacznie wypaczać odczyty.

Wejściowy prąd upływu

Aby określić spadek napięcia rezystorów z bramki, należy użyć prądu upływu z arkusza danych. Microchip określa „wejściowy prąd upływu” w swoich arkuszach danych. Datasheet że mam spojrzał określa wejściowy prąd upływu 1UA. Może to spowodować .1V lub 100mV, co jest tylko dwukrotnością obliczonej wartości Roberta, prawdopodobnie nie stanowi problemu dla twojego sygnału.

Teraz pamiętaj, że jeśli dzielisz sygnał 30 V na 30/11 (2,7 V) pełny odczyt, wówczas do tego dodaje się 100 mV, co powoduje do 3% błędu w sygnale 30 V.

Jeśli potrzebujesz rozdzielczości 1 V, podziel ją przez 11, a następnie dodaj 100 mV. To 100 mV może być większe niż sygnał 1 V.

Pojemność wejściowa

Robert ma rację, będzie pojemność, ale to naprawdę określa czas potrzebny na wykonanie pomiaru ADC. To również, w połączeniu z wybranym oporem wejściowym, tworzy filtr dolnoprzepustowy, jeśli chcesz mierzyć sygnały o wyższej częstotliwości, nie będziesz w stanie ich wychwycić.

Zmniejszenie błędu

Najłatwiejszym sposobem jest zmniejszenie oporu na dzielniku lub zbuforowanie sygnału. Po zbuforowaniu sygnału zastąpisz prąd upływowy PIC prądem upływowym wzmacniaczy operacyjnych, który możesz uzyskać dość niski.

Ten 1uA jest najgorszym przypadkiem, chyba że kosztuje Cię wiele, aby wprowadzić drobne zmiany w projekcie, udoskonal swój projekt i sprawdzić, jak źle jest dla Ciebie.

Daj mi znać, jeśli mogę coś zrobić, aby ułatwić czytanie.

Wejścia MCU ADC mogą doświadczać zmiennej impedancji wejściowej w zależności od tego, czy nasadka próbkowania i trzymania jest podłączona do styku, czy nie. Warto buforować wzmacniacz operacyjny do buforowania sygnału. Wzmacniacz operacyjny miałby tę dodatkową zaletę, że pozwala odfiltrować częstotliwości powyżej Nyquist, co jest również dobrą praktyką.

Jednym z jeszcze nie wspomnianych punktów jest pojemność przełączana na wejściu. Wiele ADC podłącza kondensator do wejścia podczas wykonywania pomiaru, a następnie odłącza go później. Stanem początkowym tego ograniczenia może być ostatnie zmierzone napięcie, VSS lub coś niespójnego. Aby uzyskać dokładny pomiar, konieczne jest, aby wejście nie drgnęło, gdy pojemność jest podłączona, lub aby odbijało się i odzyskiwało przed odłączeniem kondensatora; w praktyce oznacza to, że albo pojemność wejściowa musi być powyżej pewnej wartości, albo czas RC utworzony przez pojemność wejściową i impedancję źródła musi być poniżej pewnej wartości.

Załóżmy na przykład, że przełączana pojemność wejściowa wynosi 10 pF, a czas akwizycji wynosi 10 uS. Jeśli impedancja wejściowa wynosi 100 K, nie ma innej pojemności wejściowej niż pojemność ADC, a różnica między początkowym napięciem czapki a napięciem mierzonym wynosi R, wówczas stała czasowa RC będzie wynosić 1uS (10 pF * 100 K) , więc czas akwizycji wyniesie 10 stałych czasowych RC, a błąd wyniesie R / exp (10) (około R / 22 000). Jeśli R może być napięciem w pełnej skali, błąd będzie problemem dla pomiarów 16-bitowych, ale nie dla pomiarów 12-bitowych.

Załóżmy, że oprócz 10pF pojemności przełączanej na płycie było 10pF pojemności. W takim przypadku błąd początkowy zostałby przecięty na pół, ale stała czasowa RC zostałaby podwojona. W związku z tym błąd będzie wynosić R / 2 / exp (5) (około R / 300). Ledwo wystarczająca do pomiaru 8-bitowego.

Zwiększ nieco pojemność i wszystko stanie się jeszcze gorsze. Wciśnij pojemność do 90pF, a błąd wyniesie R / 10 / exp (1) (około R / 27). Z drugiej strony, jeśli limit stanie się znacznie większy, błąd wróci. Przy pojemności 1000 pF błąd wynosiłby około R / 110; przy 10 000 pF (0,01 uF) byłoby to około R / 1000. Przy 0,1 uF będzie to około R / 10 000, a przy 1 uF będzie to około R / 100 000.

Spójrz na stronę 198 arkusza danych . Na pinie jest 6-11pF i 4.4pF na czapce.

Oprócz dobrych punktów, które supercat poruszył na swoim stanowisku, istnieje dodatkowa subtelność, którą należy zauważyć, gdy używasz niebuforowanego dzielnika napięcia z zewnętrznym kondensatorem.

Przeniesienie ładunku, które ma miejsce za każdym razem, gdy przeprowadzasz sekwencję odczytów ADC, pomnożone przez częstotliwość powtarzania sekwencji, staje się prądem . Średnia wartość prądu stałego tego prądu wynosi Csamp * deltaV * f, gdzie Csamp to pojemność próbkowania (nie pojemność zewnętrzna!), DeltaV to napięcie między kolejnymi kanałami wejściowymi, a f to częstotliwość powtarzania sekwencji (jak często cyklicznie przełączasz 1 pełna sekwencja próbek).

Gdy masz zewnętrzny kondensator, aby zredukować efekty przenoszenia ładunku i uniknąć długiego czasu próbkowania, ma to negatywny efekt filtrowania dolnoprzepustowego tego prądu wejściowego wymaganego do naładowania kondensatora próbkującego, który pojawi się jako napięcie wejściowe - zależny prąd upływowy, który powoduje przesunięcie napięcia na impedancji źródła.

Tylko dla niektórych liczb próbek: twój dzielnik napięcia (100K || 10K) wynosi około 9K, a jeśli deltaV między kanałami = 3V, Csamp = 10pF if = 10kHz, spowoduje to błąd napięcia 2,7 mV lub nieco mniej niż 0,1% deltaV. Niewiele, ale wystarczy, aby być świadomym. Państwo powinno nie być przy użyciu 1M || Dzielnik napięcia 100K z częstotliwością powtarzania sekwencji 10 kHz - oczywiście jest to dość szybki, a dla niższych częstotliwości powtarzania nie musisz się tak bardzo martwić.

O tym i innych problemach z prowadzeniem ADC pisałem w poście na moim blogu .