MCU'larda ADC giriş empedansı

Tipik bir MCU ADC'nin giriş empedansı nedir? Bu durumda bir PIC24FJ64GA004 ile çalışıyorum. Yüksek hızlı örneklemeye ihtiyacım yok - saniyede maksimum 100 örnek.

100k direnç ve 10k direnç ile dirençli bir ayırıcı bağlamak istiyorum, bu nedenle empedans 1M'den yüksek olmalıdır, aksi takdirde empedans okumaları eğmeye başlayacaktır.

Giriş Kaçak Akımı

Dirençlerinizin kapıdan voltaj düşüşünü belirlemek için veri sayfasındaki kaçak akımı kullanmanız gerekir. Mikroçip, veri sayfalarında bir "Giriş Kaçak Akımı" belirtir. Yukarı baktım ki veri sayfası 1uA bir giriş kaçak akımını belirtir. Bu, .1V veya 100mV'ye neden olabilir, bu da robert'in hesapladığı değerin sadece iki katıdır, muhtemelen sinyalinizde bir sorun değildir.

Şimdi, 30V sinyalini 30/11 (2.7v) volt tam okumaya bölüyorsanız, buna 100mV eklenir ve 30V sinyalinizde% 3'e kadar hataya neden olur.

1V çözünürlüğe ihtiyacınız varsa, bunu 11'e bölün ve sonra 100mV ekleyin. Bu 100mV, 1V sinyalinden daha büyük olabilir.

Giriş Kapasitesi

Robert doğrudur, bir kapasitans olacaktır, ancak bu gerçekten ADC ölçümünü almak için gereken süreyi belirtir. Bu, seçtiğiniz giriş direncinizle birlikte, düşük geçişli bir filtre oluşturur, sinyalleri daha yüksek bir frekansla ölçmek istiyorsanız, bunları yakalayamazsınız.

Hatayı azaltma

En kolay yol, bölücünüzdeki direncinizi azaltmak veya sinyalinizi tamponlamaktır. Sinyali tamponladığınızda, PICs kaçak akımını, oldukça düşük olabileceğiniz op-amp kaçak akımınızla değiştireceksiniz.

Bu 1uA, tasarımda küçük değişiklikler yapmak, tasarımınızı fab yapmak ve sizin için ne kadar kötü olduğunu test etmek için büyük miktarda maliyet olmadıkça en kötü durumdur.

Bunu daha kolay okumak için yapabileceğim bir şey varsa lütfen bize bildirin.

MCU ADC girişleri, numune ve tutma kapağının pime bağlı olup olmamasına bağlı olarak değişken giriş empedansı yaşayabilir. Sinyali tamponlamak için bir op amp kullanmak zahmete değebilir. Op amp, Nyquist'in üzerindeki frekansları filtrelemenize izin veren ek bir faydaya sahip olacaktır, bu da iyi bir uygulamadır.

Henüz belirtilmeyen bir nokta, girişteki anahtarlamalı kapasitanstır. Birçok ADC, bir ölçüm alırken girişe bir kapasitör bağlar ve daha sonra bir süre sonra bağlantısını keser. Bu kapağın başlangıç ​​durumu ölçülen son voltaj, VSS veya tutarsız bir şey olabilir. Doğru ölçüm için, ya kapasitans bağlandığında girişin yamuk olmaması ya da kapasitör bağlantısı kesilmeden önce sekmesi ve toparlanması gerekir; pratikte bu, ya giriş üzerindeki kapasitansın belirli bir değerin üzerinde olması ya da giriş kapasitansı ve kaynak empedansı tarafından oluşturulan RC süresinin belirli bir değerin altında olması gerektiği anlamına gelir.

Örneğin, anahtarlanan giriş kapasitansının 10pF olduğunu ve edinme süresinin 10 uS olduğunu varsayalım. Giriş empedansı 100K ise, ADC'nin kapasitansından başka bir giriş kapasitansı yoktur ve başlangıç ​​kapağı voltajı ile ölçülecek voltaj arasındaki fark R'dir, o zaman RC zaman sabiti 1uS (10pF * 100K) olacaktır. edinme süresi 10 RC zaman sabitidir ve hata R / exp (10) (yaklaşık R / 22,000) olacaktır. R tam ölçekli voltaj olabilirse, hata 16 bitlik ölçümler için bir sorun olacaktır, ancak 12 bitlik ölçümler için sorun olmayacaktır.

Tahtada 10pF kapasitansa ek olarak 10pF kapasitans olduğunu varsayalım. Bu durumda, ilk hata yarıya indirilir, ancak RC zaman sabiti iki katına çıkar. Sonuç olarak, hata R / 2 / exp (5) (yaklaşık R / 300) olacaktır. 8 bitlik ölçüm için zar zor iyi.

Kapasitansı biraz daha artırın ve işler daha da kötüleşir. Kapasitansı 90pF'ye itin ve hata R / 10 / exp (1) (yaklaşık R / 27) olacaktır. Öte yandan, kapak bundan daha büyük olursa, hata geri gider. 1000pF kapasitansla, hata yaklaşık R / 110 olacaktır; 10,000pF'de (0,01 uF) yaklaşık R / 1000 olur. 0.1 uF'de bu yaklaşık R / 10.000 ve 1 uF'de yaklaşık R / 100.000 olacaktır.

Veri sayfasının 198. sayfasına bakınız . Pimde 6-11pF ve tutma başlığında 4.4pF vardır.

Supercat'in görevinde yükselttiği iyi noktalara ek olarak, harici kapasitörlü arabelleksiz bir voltaj bölücü kullandığınızda dikkat edilmesi gereken başka bir incelik de vardır.

Bir dizi tekrar hızıyla çarpıldığında, bir dizi ADC okumasından geçtiğinizde gerçekleşen şarj transferi bir akım haline gelir . Bu akımın DC ortalama değeri Csamp * deltaV * f'dir, burada Csamp örnekleme kapasitansıdır (harici kapasitans değil!), DeltaV, ardışık giriş kanalları arasındaki voltajdır ve f, dizi tekrarlama frekansıdır (ne sıklıkla geçiş yaptığınız) 1 tam numune dizisi).

Şarj transfer etkilerini azaltmak ve uzun bir örnekleme süresine sahip olmak için harici bir kapasitörünüz varsa, giriş voltajı olarak görünecek olan örnekleme kapasitörünü şarj etmek için gereken bu giriş akımını düşük geçişli filtrelemenin olumsuz etkisine sahiptir. - kaynak empedansınızda ofset voltajına neden olan bağımlı kaçak akım.

Sadece bazı örnek numaraları için: voltaj bölücünüz (100K || 10K) yaklaşık 9K'dır ve kanallar arasındaki deltaV = 3V, Csamp = 10pF ve f = 10kHz ise, bu 2.7mV veya biraz daha az voltaj hatasına neden olur. % 0.1 deltaV. Çok değil, ama farkında olmak için yeterli. Sen gerektiğini değil bir 1M kullanıyor || 10kHz sekans tekrarlama oranına sahip 100K voltaj bölücü - elbette bu oldukça hızlıdır ve daha düşük tekrarlama oranları için endişelenmenize gerek yoktur.

Blogumdaki bir yayında bu ve diğer ADC sürüş sorunları hakkında yazdım .