Impedenza di ingresso dei pin analogici Arduino Uno?


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Sto usando il chip di rilevamento della corrente basato su effetto hall ACS712 su alcuni piccoli motori a braccio robotico e sto leggendo la tensione analogica con un Arduino Uno. Ho avuto risultati ragionevolmente buoni, ma solo dopo aver inserito un filtro RC sull'uscita. Tuttavia, nella nota applicativa sul foglio dati, si dice di non farlo:

"l'aggiunta di un filtro RC all'uscita di un sensore IC può comportare un'attenuazione indesiderata dell'uscita del dispositivo, anche per i segnali CC."

Quindi fornisce una formula per calcolare l'attenuazione, ma dipende dalla conoscenza dell'impedenza di ingresso di qualunque cosa stia leggendo il segnale, quindi è quello che sto cercando qui.

Risposte:


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Ci sono diversi fattori qui.

Innanzitutto, l'impedenza di ingresso dell'ADC. ATmega328P utilizza un ADC di approssimazione successivo . Pertanto, l'ingresso è sostanzialmente l'ingresso di un comparatore, quindi l' ADC ha un'impedenza di ingresso molto elevata.

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L'ADC è specificato con un'impedenza di ingresso di 100 MΩ (ovvero MegaOhm).
Tuttavia, questo mi sembra in qualche modo sospetto. Insieme al fatto che non è stata specificata alcuna perdita di ingresso analogico, immagino che queste siano le caratteristiche elettriche del solo ADC, piuttosto che dell'ADC insieme all'intera struttura dei pin IO. Immagino che le linee IO ADC condivise con IO digitale abbiano molta più corrente di dispersione (1 uA dai documenti) rispetto alle linee IO che sono solo analogiche (50 nA, supponendo che il comparatore SAR sia simile al comparatore analogico topologia di input).


Tuttavia, c'è un'altra considerazione qui, che è la ragione per cui Atmel specifica l'impedenza della sorgente <10 KΩ:
Capacità di ingresso

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Fondamentalmente, le connessioni di ingresso all'ADC all'interno del chip, dopo che il multiplexer hanno una certa capacità. Se si guarda al circuito equivalente per l'ingresso ATmega ADC:
inserisci qui la descrizione dell'immagine

Puoi vedere come appare l'input.

Il problema con impedenze di sorgente elevate si presenta quando si commuta il multiplexer di ingresso da un pin a un altro. Se si hanno due ingressi, uno a 0,5 V e uno a 4,5 V, quando si passa da uno all'altro, l'ingresso deve caricare (o scaricare) quel condensatore da 14 pF.

Se la sorgente del segnale ha un'impedenza molto elevata, la necessità di caricare il condensatore può causare la caduta temporanea della tensione di ingresso. Se l'ADC si converte sull'ingresso mentre è ancora in carica il condensatore, si otterrà un valore errato.

Questo può probabilmente essere risolto lasciando che l'ingresso ADC si stabilizzi per un periodo di tempo dopo aver cambiato i canali ADC, ma il modo migliore per gestirlo è semplicemente assicurarsi che la sorgente di input possa caricare la capacità abbastanza velocemente da non essere un problema.


1
Ben spiegato.
Gwideman,

2
So che questa è una vecchia questione, ma come si potrebbe "semplicemente garantire che la sorgente di ingresso può caricare la capacità abbastanza in fretta che non è un problema."?
RubberDuck,

2
@RubberDuck - Se il vostro ingresso è di alta o sconosciuto impedenza, tampone, utilizzando qualcosa come un op-amp configurato come inseguitore di tensione a guadagno unitario .
Connor Wolf,

+1 per "C'è capacità qui". Adesso lo capisco.
Eiver,

8

Il foglio dati non è del tutto chiaro.

http://www.atmel.com/images/atmel-8271-8-bit-avr-microcontroller-atmega48a-48pa-88a-88pa-168a-168pa-328-328p_datasheet_complete.pdf

(24.6.1) Pagina 244 afferma: "L'ADC è ottimizzato per segnali analogici con un'impedenza di uscita di circa 10 kΩ o inferiore. Se viene utilizzata una tale sorgente, il tempo di campionamento sarà trascurabile."

Questo è il più vicino a qualsiasi cosa io abbia mai trovato nel datasheet che parla dell'impedenza dell'ADC.


Se hai bisogno di un valore esatto, 100MΩ è elencato nella Tabella 29-15 a pagina 310.
Brian Gordon

Si chiama "ingresso analogico di resistenza" - Quindi, carica un berretto pF 14 attraverso questo? Meglio hanno qualcosa sul front-end, direi. Uso i cappucci .01 per le tensioni CC che non cambiano rapidamente.
SDsolar
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