¿Por qué la fuente de alta impedancia en la entrada ADC causa un error?

Un modelo simple para mostrar cómo se comporta un ADC es este:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Ahí tienes una fuente ($V_{\text{Analog}}$) y su impedancia ($R_{\text{Source}}$). Además del modelo interno para un ADC con un interruptor que se abre y cierra cada período de muestreo, y la impedancia del ADC que es una combinación de$R_{\text{ADC}}$,$C_{\text{Hold}}$y la corriente de fuga.

El ADC también tiene un registro de aproximación sucesiva (SAR), que realiza una búsqueda binaria para asignar el valor de voltaje analógico a un número binario.

Volviendo a tu pregunta. Cuando el interruptor está cerrado, el capacitor,$C_{\text{Hold}}$, comienza a cargarse y el tiempo que tardará depende de las impedancias y el valor de la capacitancia.

Si despreciamos la fuga por un segundo y recurrimos a la conocida ecuación de carga de un condensador, se obtiene:

Dónde$\tau=(R_{\text{Analog}}+R_{\text{ADC}})C_{\text{HOLD}}$

El tiempo que tarda en cargarse completamente el capacitor es de aproximadamente 5$\tau$. Con eso, surge el problema cuando el tiempo de muestreo no es suficiente para permitir que el capacitor se cargue por completo.

Por ejemplo, diga sus muestras de ADC ($T_s$) cada 1ms, y considere la impedancia de su fuente$R_{\text{Analog}}$ser muy pequeño en comparación con$R_{\text{ADC}}$. En ese caso, podría tener sentido aproximar$\tau$ser:

Y solo para inventar un número, digamos, después de ingresar valores para$R_{\text{ADC}}$y$C_{\text{HOLD}}$,$\tau$resulta ser:

Dado que el tiempo de muestra es mayor que 5$\tau$, eso es mucho tiempo para que el capacitor se cargue por completo, y su ADC debería capturar el valor correcto. En el período de muestreo, el interruptor se abre.

Ahora, a medida que la impedancia de su fuente comienza a aumentar, también lo hace$\tau$. Di la impedancia de tu fuente,$R_{\text{Analog}}$aumenta para que ahora no puedas descuidarlo y decir que esto lleva a$\tau=1\text{ms}$. Bajo esta condición ($\tau=T_s$), cada vez que muestree, el valor del condensador será aproximadamente el 63 % del valor real de la fuente analógica. Eso conduciría a una medición incorrecta.

Se trata de darle tiempo suficiente para cargar el condensador de retención y la impedancia de la fuente, a medida que aumenta, le impide hacerlo.

Los sensores activos a veces dan lugar a errores de;
- EMI inducida en impedancia desequilibrada de 2 cables largos
- voltaje diferencial con 1 lado como tierra compartida desplazada por otras fuentes
- ruido parásito acoplado de manera desigual a la entrada diferencial o
- falta de capacitancia de supresión de ruido.
- falta de cable de par trenzado blindado

Cuando un ADC "barato" mide un voltaje de señal, se toma un impulso de corriente que puede producir un error. Esto sucede cuando la fuente de la señal tiene una impedancia relativamente alta (generalmente varios kohmios). Eche un vistazo a la hoja de datos del ADC que está utilizando y olvídese de las corrientes de fuga estáticas y concéntrese en lo que le dice el DS sobre el "pico" de corriente que puede tomar al muestrear un voltaje de señal.

Poner un amplificador operacional entre la señal y el ADC resuelve este problema en gran medida porque un amplificador operacional puede presentar una impedancia de entrada de decenas de Mohm mientras puede conducir decenas de mA al ADC cuando muestrea, por lo tanto, el condensador de muestra y retención ( dentro del ADC) está completamente cargado al voltaje de la señal.