Manejo de la salida de un AD8495

Estoy construyendo un circuito con dos amplificadores de termopar AD8495. Los elegí porque son fáciles de conseguir y bastante baratos, básicamente no hay otra razón. Ahora necesito crear una interfaz entre los amplificadores y un microcontrolador (AVR). El ADC del AVR tiene una resolución de 10 bits y me gustaría usar tanto como pueda.

La temperatura que espero en los termopares es de hasta 300°C. Como el AD8495 proporciona 5 mV/°C, la salida máxima debería rondar los 1,4 V. Podría proporcionar un voltaje de referencia adecuado al ADC para resolver ese rango, pero cuando el AD8495 no tiene un termopar conectado (o algo sale mal), la señal aumentará a 5 V (voltaje de suministro), lo que sería demasiado para el ADC. con un voltaje de referencia bajo.

Veo dos opciones básicas:

Puedo sujetar la señal al voltaje de referencia (o algún voltaje "compatible" usando una resistencia y un diodo Z:
AD8495 con abrazadera de diodo Z
esto es simple y económico, pero creo que podría estropear toda la medición con esto.

También puedo usar un OpAmp para amplificar la salida del AD8495 al rango completo de 5V:
ingrese la descripción de la imagen aquí
Conectado con estas opciones hay dos problemas equivalentes:

  • Nunca construí un circuito de sujeción con un diodo Z,
  • Nunca he usado un OpAmp antes. Elegí el TS912 porque es un tipo de suministro único de riel a riel (y puedo obtenerlo fácilmente)

Si bien sé cómo se supone que funcionan los dispositivos ideales, también sé que los dispositivos reales interferirán mucho con mi medición.

Me gustaría lograr una precisión de +/- 5 °C a 280 °C. Todavía no he hecho cálculos al respecto, pero dadas las precisiones de ADC, referencia y AD8495, esto podría ser demasiado optimista. Soy consciente de eso.

Enlace a la página de descarga de la hoja de datos

Edición 1: El AVR tiene una referencia interna de 2,56 V que podría usar. Desafortunadamente, no es muy preciso (2.4 ... 2.8 V) y no estoy seguro de cuánta corriente puede absorber o generar. Entonces, incluso si los canales ADC tienen diodos de sujeción internos (que tendrían que sujetarse a Aref), necesito protección o acondicionamiento adicional. Usar una referencia externa tampoco resolverá ese problema.

Edit 2: Esta es mi solución, más o menos:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Las dos salidas del AD8495 están conectadas a un ADC (MCP3426), que tiene una referencia interna de 2,048 V. Eso es mucho más preciso que la referencia interna del AVR y tolera la salida de 5 V del AD8495 cuando no hay un termopar conectado. Agregué terminales de tornillo para los termopares y un encabezado de 0,1". Todos los orificios para pasadores están en una cuadrícula de 0,1". El diseño y el enrutamiento fueron bastante fáciles:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hay dos trazos cortos de SCL y SDA en la parte inferior, todo lo demás está molido. He hecho las huellas del termopar (izquierda) un poco más anchas para una menor resistencia térmica.

Consulte la hoja de datos del AVR en particular, pero la mayoría de los ADC están bien con una entrada mayor que la de referencia. Simplemente informan el valor máximo o establecen un bit de desbordamiento.
El ADC del AVR informará el valor máximo si Vin > Aref. La hoja de datos establece claramente que Vin no debe exceder Aref. Puede haber diodos de protección internos, pero ¿adónde iría la corriente si comienzan a conducir? El AD8495 puede generar hasta 7 mA, y la referencia interna del AVR seguramente no puede hundir los 14 mA de dos de ellos.
Es justo que no lo haga si la hoja de datos dice eso, fue solo una sugerencia para verificar. En muchos ADC, la referencia es solo la entrada a un comparador, por lo que las únicas reglas son que no debe exceder el vcc digital/analógico.

Respuestas (1)

Una precisión de +/- 5 °C a 280 °C equivale a un error de aproximadamente el 1,8 %. Esto da como resultado una resolución efectiva de 6 bits (suponiendo que el rango de medición completo termine en unos 280 °C). 10 bits de resolución darían como resultado una precisión de aproximadamente +/- 0,28 °C y 8 ​​bits de aproximadamente +/- 1 °C. Por lo tanto, no debe preocuparse aquí (incluso cuando no esté utilizando el rango completo de la entrada ADC).

La solución más fácil para su problema de desbordamiento podría ser usar Avcc como voltaje de referencia (pero entonces debería ser lo suficientemente estable, preciso y sin ruido). Esto reduce su resolución (a la mitad en comparación con la referencia interna, porque duplica el rango de medición), pero tiene mucho espacio allí (entonces usa aproximadamente una cuarta parte del rango de entrada de ADC, por lo que obtiene 8 bits de resolución efectiva sobre su rango de temperatura).

Si desea mejorar la resolución, use un regulador de bajo ruido de 3,3 V para crear Vref para el AVR y Vcc para el AD8459 (puede funcionar con este voltaje). De esa manera, puede estar seguro de que el voltaje del amplificador de termopar nunca excede el voltaje de referencia.

Pero también puede usar un diodo zener para sujetar el voltaje del amplificador. Al mirar, por ejemplo, la hoja de datos de ATMega16 (no especificó qué AVR usa), tiene una resistencia de entrada de 100 MOhm y establece que se sugiere una impedancia de entrada de menos de 100 kOhm. Por lo tanto, la sujeción no tendrá ningún efecto siempre que R1 en el esquema anterior sea lo suficientemente pequeño. Y 10kOhm estaría perfectamente bien: el amplificador necesita generar 0.5mA.

Usar un ADC externo es otra solución. Si puede pagar el espacio de la placa y los componentes adicionales, parece incluso la mejor solución. Busque un ADC con una referencia de 2V que también pueda soportar entradas hasta su Vcc, entonces está bien.

Yo personalmente optaría por la solución LDO de 3,3 V. De todos modos, es posible que necesite un voltaje de referencia estable y sin ruido, entonces, ¿por qué no usarlo para resolver otros problemas también?

Con el LP2985, la precisión del voltaje de suministro (y, por lo tanto, de referencia) sería del 1,5 % con una carga de 1 mA y del 2,5 % por encima de eso. También podría alimentar la salida del AD8495 a un ADC externo y crear una placa de creación de prototipos simple con LDO de 3,3 V, amplificadores de termopar y ADC. ¿Podría ser una buena idea?
El uso de una referencia con una precisión del 1,5 % dificulta alcanzar su objetivo de precisión de +/- 5 °C. Junto con la precisión ADCD, alcanzará los límites allí. Puede estar bien cuando la referencia es de 3,3 V, entonces, junto con la precisión del ADC, puede alcanzar su objetivo. Usar un ADC externo es otra solución. Si puede pagar el espacio de la placa y los componentes adicionales, parece incluso la mejor solución. Busque un ADC con una referencia de 2V que también pueda soportar entradas hasta su Vcc, entonces está bien.
Necesito dos termopares, por lo que el mcp3426 encajaría muy bien: referencia interna de 2.048v, aparentemente puede manejar entrada de 5v, resolución de 16 bits y ganancia programable. El espacio en la placa no es un problema.
Sí, suena como una buena opción. ¡Buena suerte!
¡Bueno, parece que sí tuve suerte! Gracias por sus sugerencias, he agregado mi solución arriba.
¿Podría agregar la solución ADC a su respuesta? Si no quieres reclamarlo como tuyo, lo agregaré como propio.
Agregué mi comentario a la solución, sin modificar. Además, la conclusión es la misma: sigo pensando que la solución LDO es la forma más fácil.
Manejo de la salida de un AD8495
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v