¿Cuál es la impedancia de entrada de un MCU ADC típico? En este caso estoy trabajando con un PIC24FJ64GA004. No necesito muestreo de alta velocidad, un máximo de 100 muestras por segundo.
Deseo conectar un divisor resistivo con una resistencia de 100k y una resistencia de 10k, por lo que la impedancia debe ser superior a 1M o, de lo contrario, la impedancia comenzará a sesgar las lecturas.
Ahora recuerde, si está dividiendo una señal de 30V a 30/11 (2.7v) voltios de lectura completa, entonces se agregan los 100mV a esto, causando hasta un 3% de error en su señal de 30V.
Si necesita una resolución de 1V, divídala por 11 y luego agregue los 100mV. Estos 100mV podrían ser mayores que la señal de 1V.
La forma más fácil es reducir su resistencia en su divisor o amortiguar su señal. Cuando almacena la señal en el búfer, reemplazará la corriente de fuga del PIC con la corriente de fuga de sus amplificadores operacionales, que puede ser bastante baja.
Este 1uA es el peor de los casos, a menos que le cueste una gran cantidad hacer cambios menores en el diseño, fabrique su diseño y pruebe qué tan malo es para usted.
Por favor, hágame saber si hay algo que pueda hacer para que esto sea más fácil de leer.
Las entradas MCU ADC pueden experimentar una impedancia de entrada variable dependiendo de si la tapa de muestreo y retención está conectada al pin o no. Podría valer la pena usar un amplificador operacional para amortiguar la señal. El amplificador operacional tendría el beneficio adicional de permitirle filtrar frecuencias por encima de Nyquist, lo que también es una buena práctica.
Un punto que aún no se ha mencionado es la capacitancia conmutada en la entrada. Muchos ADC conectarán un condensador a la entrada mientras toman una medida y luego lo desconectarán más tarde. El estado inicial de este límite puede ser el último voltaje medido, VSS o algo inconsistente. Para una medición precisa, es necesario que la entrada no se mueva cuando se conecta la capacitancia, o que rebote y se recupere antes de que se desconecte el capacitor; en la práctica, esto significa que la capacitancia en la entrada debe estar por encima de cierto valor, o bien que el tiempo RC formado por la capacitancia de entrada y la impedancia de la fuente debe estar por debajo de cierto valor.
Suponga, por ejemplo, que la capacitancia de entrada conmutada es 10pF y el tiempo de adquisición es 10uS. Si la impedancia de entrada es de 100 K, no hay otra capacitancia de entrada que no sea la capacitancia del ADC, y la diferencia entre el voltaje del límite inicial y el voltaje a medir es R, entonces la constante de tiempo RC será 1uS (10pF * 100K) , por lo que el tiempo de adquisición será 10 constantes de tiempo RC y el error será R/exp(10) (alrededor de R/22 000). Si R puede ser el voltaje de escala completa, entonces el error será un problema para las medidas de 16 bits, pero no para las medidas de 12 bits.
Suponga que había 10pF de capacitancia en la placa además de los 10pF de capacitancia conmutada. En ese caso, el error inicial se reduciría a la mitad, pero la constante de tiempo RC se duplicaría. En consecuencia, el error sería R/2/exp(5) (alrededor de R/300). Apenas lo suficientemente bueno para la medición de 8 bits.
Aumente la capacitancia un poco más y las cosas empeorarán aún más. Empuje la capacitancia a 90pF y el error sería R/10/exp(1) (alrededor de R/27). Por otro lado, si el límite es mucho más grande que eso, el error volverá a disminuir. Con una capacitancia de 1000pF, el error sería de alrededor de R/110; a 10.000 pF (0,01 uF), sería alrededor de R/1000. A 0.1uF, sería alrededor de R/10,000, y a 1uF, sería alrededor de R/100,000.
Eche un vistazo a la página 198 de la hoja de datos . Hay 6-11 pF en el pin y 4,4 pF en la tapa de sujeción.
Además de los buenos puntos que Supercat ha planteado en su publicación, hay una sutileza adicional a tener en cuenta cuando se utiliza un divisor de tensión sin búfer con un condensador externo.
La transferencia de carga que ocurre cada vez que ejecuta una secuencia de lecturas de ADC, cuando se multiplica por una tasa de repetición de secuencia, se convierte en una corriente . El valor promedio de CC de esta corriente es Csamp * deltaV * f, donde Csamp es la capacitancia de muestreo (¡no la capacitancia externa!), deltaV es el voltaje entre los canales de entrada sucesivos y f es la frecuencia de repetición de la secuencia (con qué frecuencia realiza un ciclo a través de 1 secuencia completa de muestras).
Cuando tiene un capacitor externo para reducir los efectos de transferencia de carga y evitar tener un tiempo de muestreo prolongado, tiene el efecto negativo de filtrar por paso bajo esta corriente de entrada requerida para cargar el capacitor de muestreo, que aparecerá como un voltaje de entrada -corriente de fuga dependiente que causa un voltaje de compensación a través de la impedancia de su fuente.
Solo para algunos números de muestra: su divisor de voltaje (100K || 10K) es de aproximadamente 9K, y si deltaV entre canales = 3V, Csamp = 10pF y f = 10kHz, esto causará un error de voltaje de 2.7mV, o un poco menos de 0,1% de deltaV. No mucho, pero lo suficiente para ser consciente. No deberías usar un 1M || Divisor de voltaje de 100K con tasa de repetición de secuencia de 10kHz; por supuesto, esto es bastante rápido, y para tasas de repetición más lentas, no necesita preocuparse tanto.
He escrito sobre este y otros problemas de conducción de ADC en una publicación en mi blog .
nick t
eliot alderson