¿ADC diferencial o de un solo extremo?

Estoy conociendo el microcontrolador Freescale Kinetis L. Su ADC tiene muchas opciones, pero para resumir, parece que debería poder obtener una resolución de 16 bits en modo diferencial o de un solo extremo.

Los sensores que quiero leer varían su resistencia, así que simplemente los iba a conectar en un divisor de voltaje para determinar la resistencia:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

¿Hay algún beneficio en usar las entradas diferenciales en este escenario? Estaba pensando que tal vez tendría un mejor rechazo de ruido en modo común en este modo. ¿Lo estoy pensando demasiado? La hoja de datos de la subfamilia ciertamente me hace pensar que obtengo una mejor resolución (número efectivo de bits) en la Figura 7 y la Figura 8... Entonces, ¿cuándo es apropiado usar las entradas diferenciales?

Respuestas (3)

No hay prácticamente ningún beneficio en el uso de entradas diferenciales para su aplicación. Suponiendo que el sensor esté cerca del uC, podrá obtener resultados casi idénticos de un solo extremo o diferencial, +/- un par de LSB.

El beneficio real de las señales diferenciales se encuentra en tramos largos de cable y entornos ruidosos, para un mayor rechazo del modo común. También son muy útiles en instrumentación, cuando se trata de señales muy pequeñas. Una forma común de tratar con sensores que varían su resistencia en pequeñas cantidades, como medidores de tensión y celdas de presión, es usar un puente de Wheatstone.

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simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Esta configuración por sí sola centra la medida en el tramo del ADC. V + V = V d i F F mi r mi norte t i a yo Es importante hacer coincidir la resistencia predeterminada lo más cerca posible. Cualquier desviación de la resistencia predeterminada aparecerá como compensación en la medición.

De nuevo, esto se hace porque:

  1. los cambios en la resistencia son muy pequeños
  2. la mayoría de las veces, los sensores están lejos del equipo de adquisición y procesamiento de datos
muy buena respuesta ... ¿puedes cuantificar "cerrar" y "largo" con reglas generales?
Las únicas reglas generales que realmente conozco cuando se trata de un solo extremo y diferencial son en términos de audio. En general, un solo extremo es bueno para unos 20 pies antes de que el cable comience a actuar como un filtro de paso bajo. Las señales diferenciales pueden viajar distancias muy largas. Cuando estaba haciendo audio en vivo, enviamos música de nivel de línea a más de 1000 pies por la orilla de un río para un espectáculo de fuegos artificiales. Cada 200 pies había un rack de amplificadores, con las impedancias de entrada de los amplificadores en paralelo. Por supuesto, el nivel de línea es de hasta +24 dBu, pero es una gran distancia que cubrir y no habría sido posible sin la señal diferencial.

Para responder REALMENTE a la pregunta, necesitaríamos saber qué tipo de cambios de resistencia espera ver. Si son pequeños, un pequeño porcentaje de la línea de base, la respuesta correcta es la configuración del puente de Wheatstone y la entrada diferencial que se ve arriba.

También necesitaríamos saber qué tipo de ruido puede tolerar. Si la señal es grande y no te importa el ruido, no importa lo que hagas.

En las situaciones intermedias, las cosas se ponen un poco más grises. Si la señal pasa por un cable largo en un entorno eléctricamente ruidoso, el uso de un cable de par trenzado y una configuración diferencial le dará una señal más limpia.

Por último, si su tolerancia al ruido es baja, si usa una configuración diferencial o de un solo lado puede no ser tan importante como preamplificar su señal para cubrir casi todo el rango del ADC.

El mejor enfoque es averiguar cuántos bits de resolución efectiva necesita y luego calcular cuánta resolución perderá debido al ruido (es posible que deba medir para ver esto) y luego planificar lo que debe hacer para obtener esos números para que coincidan.

Generalmente, si un ADC proporciona una entrada diferencial, lo hace para maximizar su rendimiento. Acabo de echar un vistazo rápido a la hoja de datos y no encontré demasiada información sobre cómo conectar las entradas de manera diferencial y me preocupa que la forma en que anticipa conectarlas pueda ser incorrecta y/o no beneficiosa.

La mayoría (¿quizás todos ellos?) A2D diferenciales requieren una entrada diferencial real para lograr el mejor rendimiento. Hubiera pensado que necesita ingresar señales diferenciales que sean antifase y estén centradas alrededor de la mitad de Vref.

Por otro lado, la resistencia de entrada de las entradas analógicas es bastante pequeña y obtendrías posibles errores conectando directamente tu sensor. Le insto a que obtenga más información sobre el ADC antes de comprometerse con un diseño que pueda decepcionarlo.