Come misuro una tensione negativa con un ADC?

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Sto lavorando con un microcontrollore PIC con ADC integrato a 10 bit e voglio misurare una tensione nell'intervallo da -1 a -3 Volt.
Ho pensato di utilizzare un amplificatore operazionale in modalità di inversione per rendere la tensione positiva e quindi alimentarla all'adc del microcontrollore, tuttavia qui avrei dovuto alimentare l'opamp con un alimentatore negativo, giusto ?. Non voglio usare un alimentatore negativo al momento e mi chiedevo se fosse possibile ottenere questa configurazione? Puoi dare una mano?

microcontroller pic adc

— Kevin Boyd
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il -1 a -3V che sto misurando è l'output di un LM337 che voglio monitorare.

— Kevin Boyd,

correlati: Misurare una tensione da -20 V a +20 V con pic

— davidcary,

Non ho abbastanza dettagli per dare una risposta completa, ma se il tuo PIC ha un pin VREF (tensione di riferimento negativa), puoi probabilmente farlo direttamente, senza un inverter aggiuntivo, attraverso l'uso creativo delle tensioni di riferimento.

— Sparr,

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Un amplificatore a inversione non ha bisogno di una guida negativa per invertire la tensione.

gschem

Prova a pensare alle tue power rail come a ciò che fornisce il tuo output. Se si osserva il circuito, tutti i pin dell'amplificatore operazionale sono collegati a una tensione di 0 V o superiore. Quando viene visualizzato l'intervallo compreso tra -1 e -3, verrà visualizzato come opposto esatto tra 1 e 3 sull'output. Ciò offre anche alcuni vantaggi come buffer, poiché l'impedenza di ingresso del pin non influirà molto su questo circuito (purché R _in || R _f sia grande).

Concordo sul fatto che un semplice divisore di resistori faccia il suo lavoro - solo per farti sapere che anche questo funziona.

— Kortuk
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+1: questo è il modo corretto di farlo se non si dispone di un ADC che accetta input negativi.

— Jason S,

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No, i binari dell'op-amp sono i limiti per la tua uscita. Dove un amplificatore operazionale rail to rail andrà molto vicino ai limiti. Potresti, e molti hanno, passato la vita a progettare amplificatori operazionali. Non esiste un amplificatore operazionale perfetto, ma di solito esiste un amplificatore operazionale perfetto per un caso specifico.

— Kortuk,

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In questa nota, in questa configurazione, se si supera -Vcc come input, l'output raggiungerà la guida Vcc. Alcuni amplificatori operazionali non vanno entro un volt o più del binario, alcuni amplificatori operazionali entro 50 mV. Se si ottiene un segnale di ingresso più grande, dividerlo per una quantità maggiore, se si dispone di un segnale da -1 a -10 V, dividere per 2, problema risolto.

— Kortuk,

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@Kortuk - Non esiste mai un amplificatore operazionale perfetto per nessun caso. Tuttavia, esiste il miglior op-amp tra quelli disponibili, quando si tiene conto del prezzo, per ogni progetto.

— Connor Wolf,

3

@Fake Name, penso che questo sia un caso di errore di comunicazione. Se soddisfa le specifiche di cui hai bisogno ed è conveniente, allora hai l'amplificatore operazionale perfetto. Sarebbe la mia formulazione, capisco cosa intendi però. Accetto il limite e uso perfetto perché sono positivo. <3

— Kortuk,

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È possibile utilizzare un divisore di tensione, con un'estremità che pende dalla guida di alimentazione positiva. Supponi di averne uno con resistenze uguali e un alimentatore da 5 V, ciò comporterà una tensione compresa tra + 2 V e + 1 V per la gamma da -1 a -3 V.

+5V +
    |
    R
    |
    +-- OUT
    |
    R
    |
IN -+

— Wim
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Ciò richiederà al terminale IN di affondare una corrente di (5-Vin) / (2R), quindi dovrai scegliere R abbastanza grande da non sovraccaricare l'ingresso con corrente indesiderata. quindi, l'ingresso ADC dovrà avere almeno un ordine di grandezza maggiore impedenza di ingresso rispetto al valore R, per non caricare indebitamente la rete divisoria. Che tutto ciò può (o non può) essere possibile. Alle schede tecniche!

— JustJeff,

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-1: è meglio usare resistori di precisione e un riferimento di precisione per 5V.

— Jason S,

1

+1 per essere il modo più economico più semplice. Ma come dice Jason S, la precisione richiederà sforzo, se questo è importante.

— DarenW,

3

Qualsiasi rumore sul binario positivo apparirà nel tuo ADC.

— endolith,

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L'idea del divisore di tensione è piacevole, economica, ma ti dà il problema di una variazione della tensione da misurare, che sarà vista come 1/2 della variazione all'ingresso ADC. Se misurazioni accurate sono interessanti, la soluzione è un diodo zener come metà inferiore del divisore. Se la cosa misurata può tollerare di perdere un po 'di corrente, funzionerà benissimo. Gli Zeners non sono assolutamente piatti nella loro tensione di rottura inversa, specialmente per correnti molto piccole, quindi non rendere R1 troppo grande.

Ora per vedere se questo sito di stackexchange mi consente di aggiungere immagini ...

testo alternativo

— DarenW
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Simulato in QUCS

— DarenW

4

Questo è il circuito standard per quel tipo di conversione. L'ho simulato per dimostrare a qualcuno che ha funzionato, quindi lo schema SPICE. È necessario scegliere i valori di resistenza appropriati, funziona finché sono 2R, 2R e R.

— Leon Heller
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Sono al lavoro (non elettronico) in questo momento, senza manuali o libri elettronici, quindi questa sarà solo un'idea approssimativa. Forse qualcun altro può compilare i dettagli ...

Prova un mirror corrente usando una coppia di transistor PNP appesi sulla guida Vcc. Alimentare il segnale di tensione negativa sul lato di ingresso dello specchio attraverso un resistore appropriato. La stessa corrente dovrebbe quindi fluire attraverso il transistor di uscita dello specchio. Con una resistenza ben scelta si crea un intervallo di tensione compreso tra 0 V e Vcc.

EDIT - NOVITÀ: ecco lo schema del mirror corrente. Qualunque corrente passi attraverso il transistor T1, T2 proverà a fare lo stesso flusso di corrente. La tensione negativa da misurare, relativa all'alimentazione che ho scelto casualmente di 15v, crea un po 'di corrente attraverso R1 (misurata in simulazione come "corrente di ingresso"). Se R2 fosse uguale a R1, troveremmo la stessa tensione attraverso di esso, se fosse permesso. Ma è collegato a 0 V (gnd) - il nostro circuito si basa esclusivamente su un'alimentazione positiva. Non funzionerà a meno che non riduciamo R2, diciamo 1/2 di R1, quindi la tensione attraverso di essa sarà 1/2 di qualunque cosa attraversi R1. Misuralo, fai matematica (whoo, moltiplica per 2, difficile!) Ed eccoti qui. Lo schema ha valori diversi, un rapporto diverso testo alternativo , ma penso che tutti possiamo gestire la matematica per questo.

Il vantaggio di questo rispetto a un semplice divisore di tensione è che 1) sembra più complicato, 2) è un trucco comune nella progettazione di circuiti integrati analogici. Da quando ho scritto un'altra risposta usando un diodo Zener, non sono sicuro del perché sia meglio, ma è un'alternativa a un divisore di tensione e può consentire di raggiungere diversi intervalli di tensione o qualcosa del genere. Ora lascio che gli altri commentino la saggezza o la follia di questa idea ... testo alternativo

— DarenW
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Non riuscivo a capire cosa volevi dire qui, un link a uno schema sarebbe di aiuto.

— Kevin Boyd,

Ok, adesso ho tempo ... e mentre ci penso, non sono sicuro del perché sia meglio di alcuni circuiti più semplici, tranne perché il design dettagliato potrebbe funzionare meglio numericamente, forse. Lo schema sarà allegato presto.

— DarenW

Capisco la vecchia domanda, ma ... Questo circuito si basa sulla tensione dell'emettitore di base rispetto alla curva della corrente del collettore dei due transistor essendo la stessa, in modo che la stessa corrente fluisca in ciascuno dei due collettori di transistor. Sarebbe una buona ipotesi in un circuito integrato in cui i transistor possono essere fatti corrispondere bene (e sono alla stessa temperatura), ma non per due transistor discreti. Il circuito può essere reso meno sensibile a questo problema mettendo i resistori corrispondenti in serie con gli emettitori.

— Gwideman,

0

Potrebbe non essere nemmeno necessario un amplificatore operazionale. Alcuni ADC (come l'MCP3304, vedere la scheda tecnica: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21697e.pdf hanno una modalità differenziale integrata, in cui l'ADC restituisce la differenza di due canali, che può essere un numero negativo Se si collega un canale alla terra (chiamato modalità pseudo-differenziale), l'ADC può accettare una tensione di ingresso negativa sull'altro e tradurla in un numero negativo, il tutto senza bisogno di una tensione negativa.

Naturalmente, questo vale solo se il tuo ADC supporta questo tipo di cose. Molti non hanno affatto la modalità differenziale.

— DPDT
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Hai controllato la scheda tecnica su questa parte? Dal foglio nella sezione dei valori nominali massimi assoluti: "Tutti gli ingressi e le uscite hanno scritto VSS ............... da -0,3 V a VDD + 0,3 V" Ciò significa che non puoi avere un negativo tensione sugli ingressi o qualsiasi altro pin per quella materia. Perché? perché i diodi di protezione dell'ingresso si accenderanno e impediranno che la parte venga bruciata. Questo non risponde alla domanda, la domanda era: come posso misurare una tensione negativa? Non è possibile misurare una tensione negativa con questa parte.

— Picco di tensione

-2

Penso che ci siano già ottime risposte, ma mi piace pubblicare un altro approccio, che sto usando me stesso per fare praticamente la stessa cosa.

Potresti usare un amplificatore operazionale (come un LT1167)? Avresti comunque bisogno della guida negativa, ma questo non darebbe più precisione? e anche modi migliori di amplificare la tensione se lo si desidera semplicemente aggiungendo un resistore.

aggiungere la barra negativa è facile come aggiungere qualcosa come un minmax MCW03-05D05.

Il problema che ho con l'uso dei resistori è che è molto difficile trovare resistori identici, il che ti darebbe un errore che dovresti correggere.

— Nisse
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È un modo piuttosto costoso per fare qualcosa di semplice.

— Matt Young,

sì, ma immagino che dipenda dalla buona precisione che si vorrebbe

— Nisse

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Ti sei detto che i resistori sono la fonte primaria dell'errore. L'uso di una parte più costosa, insieme alla necessità di aggiungere una sorta di binario negativo, non risolve questo problema. L'uso di resistori con maggiore precisione ha più senso.

— Matt Young,

bene, se non c'è bisogno di amplificazione non c'è bisogno di alcun resistore .. Inoltre è solo un altro modo di farlo, non sto dicendo che sia il modo giusto di farlo per qualsiasi applicazione, ma in alcuni casi potrebbe essere meglio rinunciare a non usare un binario negativo.

— Nisse,