Impedenza di ingresso ADC su MCU

Qual è l'impedenza di ingresso di un tipico ADC MCU? In questo caso sto lavorando con un PIC24FJ64GA004. Non ho bisogno di campionamento ad alta velocità - un massimo di 100 campioni al secondo.

Vorrei collegare un divisore resistivo con un resistore da 100k e un resistore da 10k, quindi l'impedenza dovrebbe essere superiore a 1M, altrimenti l'impedenza inizierà a distorcere le letture.

Ingresso corrente di dispersione

Per determinare la caduta di tensione dei resistori dal gate, è necessario utilizzare la corrente di dispersione dal foglio dati. Il microchip specifica una "Corrente di dispersione in ingresso" sui loro fogli dati. Il foglio dati che ho cercato specifica una corrente di dispersione in ingresso di 1uA. Ciò potrebbe causare un .1 V o 100 mV, che è solo il doppio di quello calcolato da Robert, probabilmente non è un problema per il tuo segnale.

Ora ricorda, se stai dividendo un segnale da 30 V fino a 30/11 (2,7 V) volt lettura completa, allora si aggiungono i 100 mV, causando un errore fino al 3% sul segnale da 30 V.

Se è necessaria una risoluzione di 1 V, dividerla per 11 e quindi aggiungere 100 mV. Questo 100mV potrebbe essere più grande del segnale 1V.

Capacità di ingresso

Robert ha ragione, ci sarà una capacità, ma questo specifica davvero il tempo necessario per eseguire la misurazione ADC. Inoltre, in combinazione con la resistenza in ingresso scelta, viene creato un filtro passa-basso, se si desidera misurare segnali con una frequenza più elevata, non sarà possibile acquisirli.

Ridurre l'errore

Il modo più semplice è ridurre la resistenza sul divisore o bufferizzare il segnale. Quando si bufferizza il segnale, si sostituirà la corrente di dispersione dei PIC con la corrente di dispersione degli amplificatori operazionali che è possibile ottenere abbastanza bassa.

Questo 1uA è il caso peggiore, a meno che non ti costi molto per apportare piccole modifiche al design, migliorare il tuo design e testare quanto è male per te.

Per favore fatemi sapere se c'è qualcosa che posso fare per rendere più facile la lettura.

Gli ingressi ADC MCU possono presentare un'impedenza di ingresso variabile a seconda che il cappuccio di campionamento e mantenimento sia collegato al pin o meno. Potrebbe valere la pena usare un amplificatore operazionale per bufferizzare il segnale. L'amplificatore operazionale avrebbe l'ulteriore vantaggio di consentire di filtrare le frequenze sopra Nyquist, che è anche una buona pratica.

Un punto non ancora menzionato è la capacità commutata sull'ingresso. Molti ADC collegheranno un condensatore all'ingresso mentre eseguono una misurazione e poi lo disconnettono in seguito. Lo stato iniziale di questo limite può essere l'ultima tensione misurata, VSS o qualcosa di incoerente. Per una misurazione accurata, è necessario che l'ingresso non si muova quando la capacità è collegata o che rimbalzi e si ripristini prima che il condensatore sia disconnesso; in pratica, ciò significa che o la capacità sull'ingresso deve essere al di sopra di un certo valore, oppure che il tempo RC formato dalla capacità di ingresso e l'impedenza della sorgente deve essere al di sotto di un determinato valore.

Supponiamo, ad esempio, che la capacità di ingresso commutata sia 10pF e che il tempo di acquisizione sia 10uS. Se l'impedenza di ingresso è 100 K, non vi è alcuna capacità di ingresso diversa dalla capacità dell'ADC e la differenza tra la tensione del cappuccio di avvio e la tensione da misurare è R, quindi la costante di tempo RC sarà 1uS (10pF * 100K) , quindi il tempo di acquisizione sarà di 10 costanti di tempo RC e l'errore sarà R / exp (10) (circa R / 22.000). Se R potrebbe essere la tensione di fondo scala, l'errore sarà un problema per le misurazioni a 16 bit, ma non per le misurazioni a 12 bit.

Supponiamo che ci siano 10pF di capacità sulla scheda oltre ai 10pF di capacità commutata. In tal caso, l'errore iniziale sarebbe dimezzato, ma la costante temporale RC sarebbe raddoppiata. Di conseguenza, l'errore sarebbe R / 2 / exp (5) (circa R / 300). A malapena abbastanza buono per la misurazione a 8 bit.

Aumenta un po 'di più la capacità e le cose peggiorano ulteriormente. Spingere la capacità a 90pF e l'errore sarebbe R / 10 / exp (1) (circa R / 27). D'altra parte, se il tappo diventa molto più grande di quello, l'errore tornerà indietro. Con una capacità di 1000pF, l'errore sarebbe di circa R / 110; a 10.000pF (0,01uF), sarebbe circa R / 1000. A 0,1 uF, sarebbe circa R / 10.000, e a 1uF, sarebbe circa R / 100.000.

Dai un'occhiata a pagina 198 del foglio dati . Ci sono 6-11pF sul perno e 4.4pF sul cappuccio di tenuta.

Oltre ai punti positivi che Supercat ha sollevato nel suo post, c'è un'ulteriore sottigliezza da notare quando si utilizza un divisore di tensione senza buffer con un condensatore esterno.

Il trasferimento di addebito che si verifica ogni volta che si esegue una sequenza di letture ADC, quando moltiplicato per una frequenza di ripetizione della sequenza, diventa una corrente . Il valore medio CC di questa corrente è Csamp * deltaV * f, dove Csamp è la capacità di campionamento (non la capacità esterna!), DeltaV è la tensione tra i canali di ingresso successivi e f è la frequenza di ripetizione della sequenza (con quale frequenza si scorre tra 1 sequenza completa di campioni).

Quando si dispone di un condensatore esterno per ridurre gli effetti di trasferimento di carica e impedire di avere un lungo tempo di campionamento, ha l'effetto negativo di filtrare passa-basso questa corrente di ingresso richiesta per caricare il condensatore di campionamento, che apparirà come una tensione di ingresso -dipendente corrente di dispersione che provoca una tensione di offset attraverso l'impedenza della sorgente.

Solo per alcuni numeri di esempio: il divisore di tensione (100 K || 10 K) è di circa 9 K e se deltaV tra i canali = 3 V, Csamp = 10 pF e f = 10 kHz, ciò causerà un errore di tensione di 2,7 mV, o leggermente inferiore a 0,1% di deltaV. Non molto, ma abbastanza per essere consapevoli. Si dovrebbe non utilizzare un 1M || Divisore di tensione da 100 K con frequenza di ripetizione della sequenza di 10 kHz - ovviamente, questo è abbastanza veloce e per frequenze di ripetizione più lente, non devi preoccuparti tanto.

Ho scritto su questo e altri problemi di guida di ADC in un post sul mio blog .