Входной импеданс АЦП на микроконтроллерах

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.

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.

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.

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.

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

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 .