Mapeo de un rango de voltaje a todo el rango de ADC usando opamps

Quiero usar un micro para medir la temperatura usando el sensor PT-1000 para un rango de -40C a 150C. Se me ocurrió este borrador de información, agradezco si una persona profesional puede confirmar que mis pensamientos están bien antes de pagar mucho por las piezas y PCB y fallar miserablemente.

El ADC de micro es 3.3V y 12bits. entonces significa que 0V será 0 y 3.3V será 4095 (¿en un mundo ideal?)

He comprobado el LUT del PT1000, parece que a -40C tiene 842,7 Ohms y a +150C tiene 1573,3 Ohms.

así que necesito ajustar este rango para mi entrada ADC. por ejemplo, a -40C, el ADC debería mostrar 0 y a 150C debería mostrar 4095.

Aquí está el divisor de voltaje inicial, elegí que R25 fuera de 10k para limitar la corriente y posiblemente también el ruido. entonces, a -40C y +150C, el voltaje que va a la entrada del primer opamp será:

V − 40 = 3.3 × 842.7 10 k + 842.7 = 256 metro V
V + 150 = 3.3 × 1573.3 10 k + 1573.3 = 449 metro V
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Entonces necesito mapear 256mV a 449 mV a aproximadamente 0V a 3.3V, de ahí las etapas de amplificación aquí:

Para el mapeo de -40C a 0V tengo (no importa los valores en la imagen, no están actualizados) R26 = 33k y R27 = 2.7k, lo que produce:

V o tu t = 3.3 × 2.7 k 33 k + 2.7 k = 249 metro V
que es 6,4 mV menos de 256 mV (elegí la resistencia según el rango E12)

Y finalmente necesito una ganancia de 7.34 para mapear 449mV a 3.3V: R30(retroalimentación) = 68k, R28 = 10k Por lo tanto ganancia = 68k/10k = 6.8x

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Entonces, nuevamente, antes de pagar mucho dinero por PCB y componentes, ¿crees que lograré lo que necesito?

Lo que debe hacer es restar el voltaje más bajo (256 mV para -40 C). Luego, debe multiplicar por el rango. Ha elegido calcular la ganancia necesaria para obtener 3,3 V de 449 mV. Eso está mal. Una vez que resta 256 mV de la entrada, solo tiene un rango de 0 a 193 mV, por lo que debe calcular la ganancia para obtener 3,3 V de 193 mV.
@JRE Gracias, pero no entendí tu punto, me temo. ¿Quiere decir que el valor de las resistencias es incorrecto o que la conexión de los amplificadores operacionales es incorrecta?
Desea cambiar el rango de (256 mV a 449 mV) a (0 V a 3,3 V). Primero debe restar 256 mV de su valor de entrada. Entonces su ganancia es 3.3V/(449mV-256mV)= 3.3V/193mV=17.1
Además, sería una tontería tratar de usar dentro de los 50 mV de 0V o Vref para un ADC, ya que generalmente los errores de compensación y ganancia crearán bandas muertas en estas regiones. Lea las hojas de datos.
El Diseño de ganancia y compensación en treinta segundos de TI puede ser de su interés (si tiene medio minuto).

Respuestas (1)

No es aconsejable usar los 50 mV inferiores y los 50 mV superiores del rango de un ADC, a menos que los detalles en la hoja de datos le aseguren que el desplazamiento cero, el error de ganancia y los errores de referencia permiten usar parte de estas regiones. Según mi experiencia, nunca encontrará un ADC que especifique de manera realista 0 a Vref como el rango de entrada completo, incluso si lo dice en la página 1 de la hoja de datos.

Error de ganancia: -

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Error de compensación: -

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Por lo tanto, calcule el rango utilizable del ADC y vuelva a elaborar sus fórmulas teniendo en cuenta los errores de compensación del amplificador operacional. Recomendaría usar LTSpice (libre de LTI) para verificar dos veces sus valores.

Alternativamente, simplemente use el rango, es decir, 256 mV a 449 mV; esto como un porcentaje de 3,3 voltios (Vref) es 5,8% o, para un ADC de 12 bits, 239 bits de resolución. Esto es 1.26 LSB por grado y si desea más resolución (no precisión, por supuesto), tome múltiples muestras y promedie. El ruido hará que los valores vacilen y obtendrá una ganancia de proceso mediante esta acción que le brinda una resolución significativamente mayor que la implícita en 12 bits.

Si no está satisfecho con eso, simplemente use un amplificador para elevar los 449 mV a aproximadamente 3,25 voltios (una ganancia de 7,238). Su nuevo mapa será: -

  • 256 mV ==> 1,853 V
  • 449 mV ==> 3.250 V

Eso utilizará 1,397 voltios del rango 3V3 del ADC o 9,13 LSB por grado C.

No se obsesione con maximizar el rango e incurrir en errores adicionales debido a las tolerancias de resistencia, etc. Piense de manera simple y piense en precisión/deriva.

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