Arduino Nano: измерение крошечных напряжений с аналоговым входом

Мне нужно измерить от 0 до 40 мВ как можно точнее с 10-разрядным АЦП на Arduino Nano . Мне нужен только один образец в секунду.

Я планирую держать вывод AREF на уровне 40 мВ над землей, правильно экранировать все, использовать фильтры низких частот в аппаратном и программном обеспечении и использовать правильно сглаженный источник питания.

Какую точность я могу получить?
Что еще я мог сделать, чтобы улучшить точность?

arduino adc

— CL22
источник

Проверьте таблицу данных вашего контроллера для доступных опорных напряжений запрещенной зоны. Затем разработать усилитель , который усиливает максимальный сигнал немного под этим опорным напряжением.

— Джиппи

Ответы:

Есть лучшие эксперты по АЦП Nano, чем я, но я уверен, что у него будут некоторые проблемы, поэтому я бы предложил усилитель наверняка. Я бы порекомендовал операционный усилитель, работающий от 5 В (или от того, что использует нано) и от 0 В. Операционный усилитель будет нуждаться в межпроводниковых возможностях на входе и выходе и должен быть сконфигурирован в неинвертирующем режиме с усилением, которое преобразует 40 мВ в полноразмерный режим на нано

введите описание изображения здесь

Если полная шкала (скажем) 3 В, вам потребуется усиление 3 / 0,04 = 75. Это означает, что R2 / R1 = 74 (75 минус 1).

R1 будет рад 100 Ом, и, следовательно, R2 будет 7400 Ом (7k5 параллельно с 560 К дает 7k401, что, будем надеяться, будет достаточно близко. Операционный усилитель требуется только для работы на низких скоростях, прочитав ваш вопрос, и есть несколько устройства, которые подойдут. Держи огонь, пока я отправляю ответ и смотрю ...

AD8538 выглядит подходящим и так делает AD8628 , но есть, вероятно , несколько больше , что легко приспосабливать счет

— Энди ака
источник

Полный масштаб Vcc, но и обеспечивает опорное напряжение на AREF штифте позволяет более низкую ссылку полномасштабного по мере необходимости. Тем не менее, усиление все еще желательно, так как AREF ниже 1,0 В не работает AFAIC (никаких документальных подтверждений, только некоторые проблемы, с которыми я столкнулся).

— Аниндо Гош

Почему не более распространенные резисторы Е12? Точное соотношение не слишком важно, если вы знаете, чтобы его компенсировать. Например. 12k ÷ 150 = 80 или 33k ÷ 470 ≈ 70. Конечно, это относится к выходному напряжению 3 В, которое, вероятно, не является оптимальным.

— Джиппи

@jippie Я полностью согласен, но мой ответ «предлагает», как поставить резисторы параллельно, и я не был уверен, знал ли ОП об этом. Он получил дополнительный ответ бесплатно !!

— Энди ака

+1 за предложение о операционном усилителе, AD8538 - личный фаворит, особенно в пакете SOT23 - никаких бессмысленных контактов, отличных тепловых характеристик.

— Аниндо Гош

@AnindoGhosh - 20 месяцев спустя. В спецификации ATMega328 нигде на своих 650 страницах не указано, какой диапазон значений действителен для ВНЕШНЕГО приложенного напряжения АРЕФ, НО все графы, на которых оно упоминается, имеют нижний предел 1,8 В :-(. Vcc может быть> = 1,8 V и AVcc могут быть Vcc-0,3 В, поэтому допустимо низкое значение 1,5 В. Использование внутреннего эталона с запрещенной зоной 1,1 В. дает более низкое максимальное напряжение АЦП. Более низкое внешнее значение V_ARef МОЖЕТ быть допустимым, но это не обязательно.

— Рассел МакМахон,

Изначально я не планировал добавлять это в качестве ответа, но, кажется, важно, чтобы он тонул в комментариях.

Самое важное - прибегнуть к спецификации вашего микроконтроллера. И если я прав насчет Arduino Nano с ATmega 168, вот таблица . Электрические характеристики - это раздел, о котором вы должны знать и вначале проверить, что там.

Дело в том: минимальное опорное напряжение 1.0V - вы можете увидеть на странице 311. Вы должны усилить свой сигнал по крайней мере на коэффициент 25, чтобы получить достаточную точность, масштабирование до минимального опорного напряжения.

Теперь лучший выбор элементов, которые я знаю (хотя я едва знаю эту тему), потребовал бы малошумящего операционного усилителя, способного работать как от рельса к рельсу, как указывал @Andyaka, предпочтительно работающего от напряжения питания. Тогда я думаю, что лучший выбор эталона напряжения - внутренний. Даже если они могут различаться в зависимости от устройства, я думаю, что стабильность должна быть наиболее разумной. Кроме того, ваш выбор резисторов должен быть ниже, а не выше, так как они более устойчивы к шуму. Не забывайте об их стабильности во времени и изменении температуры!

Наилучшая конфигурация усилителей может отличаться - неинвертирующий усилитель может быть хорошим для начала, но его высокий входной импеданс может плохо работать с вашим сигналом (хотя он должен быть в порядке).

— ТЯО
источник

Почему высокий входной импеданс не будет хорошо работать с сигналом? Кстати, Arduino GPIO в режиме ввода имеют высокий входной импеданс, как и большинство АЦП.

— Аниндо Гхош

@AnindoGhosh Если источник сигнала должен быть загружен для измерения, и это не сделано должным образом. Я ничего не могу сказать о природе сигнала ОП. Я думаю, что предложение в моем посте было слишком резким для усилителя - это, вероятно, не должно происходить, но высокий входной импеданс - вещь, о которой я думаю, что лучше знать.

— TNW

Я считаю, что загрузка источника сигнала, если это необходимо, является хорошо известной наукой, и в равной степени разработчики обычно стремятся к высокому входному сопротивлению и низкому выходному сопротивлению. Отсюда и мое отрицательное мнение об этом безоговорочном утверждении.

— Аниндо Гош

@AnindoGhosh Я думаю, что было бы лучше предположить, что человек знает меньше, чем больше (особенно из-за того, что ссылка на 40 мВ сделала меня подозрительным). Я хотел отметить, что выбор между инвертирующим и неинвертирующим усилителем зависит не только от того, можем ли мы допустить изменение полярности.

— TNW

-4

Вы должны использовать усилитель для максимальной точности.

— Леон Хеллер
источник

Спасибо - но почему? Не увеличат ли дополнительные ступени шум и неточности? Какой тип схемы усилителя даст лучшие результаты?

— CL22

Я полагаю, что малошумящий операционный усилитель в неинвертирующей конфигурации может подойти, если вы используете стабильные резисторы для поддержания усиления по напряжению.

— TNW

Для тех, кто делает выговор другим пользователям за то, что они не предоставляют информацию, это верный ответ. Не могли бы вы добавить некоторые схемы или дополнительные детали?

— Крис Лапланте