Trở kháng đầu vào ADC trên MCU

Trở kháng đầu vào của một MCU ADC điển hình là gì? Trong trường hợp này, tôi đang làm việc với PIC24FJ64GA004. Tôi không cần lấy mẫu tốc độ cao - tối đa 100 mẫu mỗi giây.

Tôi muốn kết nối một bộ chia điện trở với điện trở 100k và điện trở 10k, vì vậy trở kháng phải cao hơn 1M nếu không thì trở kháng sẽ bắt đầu đọc sai.

Rò rỉ đầu vào hiện tại

Để xác định điện áp rơi của bạn từ cổng, bạn cần sử dụng dòng rò từ bảng dữ liệu. Microchip chỉ định "Dòng rò rỉ đầu vào" trên bảng dữ liệu của họ. Bảng dữ liệu mà tôi đã tra cứu chỉ định dòng rò rỉ đầu vào là 1uA. Điều này có thể gây ra .1V hoặc 100mV, chỉ gấp đôi những gì robert tính toán, có thể không phải là vấn đề đối với tín hiệu của bạn.

Bây giờ hãy nhớ rằng, nếu bạn đang chia tín hiệu 30V xuống mức 30/11 (2.7v) vôn đọc đầy đủ thì 100mV được thêm vào điều này, gây ra lỗi lên đến 3% cho tín hiệu 30V của bạn.

Nếu bạn cần độ phân giải 1V, hãy chia số đó cho 11 và sau đó thêm 100mV. 100mV này có thể lớn hơn tín hiệu 1V.

Điện dung đầu vào

Robert là chính xác, sẽ có một điện dung, nhưng điều này thực sự chỉ định một lượng thời gian cần thiết để thực hiện phép đo ADC. Điều này cũng, kết hợp với điện trở đầu vào mà bạn đã chọn, tạo bộ lọc thông thấp, nếu bạn muốn đo tín hiệu với tần số cao hơn, bạn sẽ không thể bắt được chúng.

Giảm lỗi

Cách dễ nhất là giảm điện trở trên dải phân cách của bạn hoặc đệm tín hiệu của bạn. Khi bạn đệm tín hiệu, bạn sẽ thay thế dòng rò PICs bằng dòng rò op-amps của bạn mà bạn có thể nhận được khá thấp.

1uA này là một trường hợp xấu nhất, trừ khi bạn phải trả một khoản tiền lớn để thực hiện các thay đổi nhỏ cho thiết kế, tìm hiểu thiết kế của bạn và kiểm tra xem nó có tệ như thế nào đối với bạn.

Xin vui lòng cho tôi biết nếu có bất cứ điều gì tôi có thể làm để làm cho nó dễ đọc hơn.

Đầu vào ADC MCU có thể gặp trở kháng đầu vào thay đổi tùy thuộc vào việc nắp và giữ mẫu có được kết nối với pin hay không. Có thể đáng để sử dụng op amp để đệm tín hiệu. Op amp sẽ có thêm lợi ích là cho phép bạn lọc ra các tần số trên Nyquist, đây cũng là một cách thực hành tốt.

Một điểm chưa được đề cập là chuyển đổi điện dung trên đầu vào. Nhiều ADC sẽ kết nối một tụ điện với đầu vào trong khi chúng thực hiện phép đo và sau đó ngắt kết nối nó sau đó. Trạng thái ban đầu của nắp này có thể là điện áp cuối cùng được đo, VSS hoặc một cái gì đó không nhất quán. Để đo chính xác, đầu vào không được nhúc nhích khi điện dung được kết nối, hoặc nó bật và phục hồi trước khi ngắt tụ điện; trong thực tế, điều này có nghĩa là điện dung trên đầu vào phải cao hơn một giá trị nhất định hoặc thời gian RC được hình thành bởi điện dung đầu vào và trở kháng nguồn phải dưới một giá trị nhất định.

Ví dụ, giả sử rằng điện dung đầu vào được chuyển đổi là 10pF và thời gian thu là 10uS. Nếu trở kháng đầu vào là 100K, không có điện dung đầu vào nào ngoài điện dung của ADC và chênh lệch giữa điện áp nắp khởi động và điện áp cần đo là R, thì hằng số thời gian RC sẽ là 1uS (10pF * 100K) , vì vậy thời gian mua sẽ là 10 hằng số thời gian RC và lỗi sẽ là R / exp (10) (khoảng R / 22.000). Nếu R có thể là điện áp toàn thang đo, thì lỗi sẽ là vấn đề đối với các phép đo 16 bit, nhưng không phải đối với các phép đo 12 bit.

Giả sử có 10pF điện dung trên bo mạch cùng với 10pF điện dung chuyển đổi. Trong trường hợp đó, lỗi ban đầu sẽ được giảm một nửa, nhưng hằng số thời gian RC sẽ được nhân đôi. Do đó, lỗi sẽ là R / 2 / exp (5) (khoảng R / 300). Đủ tốt để đo 8 bit.

Tăng điện dung thêm một chút và mọi thứ thậm chí còn tồi tệ hơn. Đẩy điện dung lên 90pF và lỗi sẽ là R / 10 / exp (1) (khoảng R / 27). Mặt khác, nếu nắp trở nên lớn hơn nhiều, lỗi sẽ giảm trở lại. Với điện dung 1000pF, lỗi sẽ là khoảng R / 110; ở mức 10.000pF (0,01uF), nó sẽ vào khoảng R / 1000. Ở mức 0,1uF, nó sẽ vào khoảng R / 10.000, và ở mức 1uF, nó sẽ vào khoảng R / 100.000.

Hãy xem trang 198 của biểu dữ liệu . Có 6-11pF ở chân và 4,4pF trên nắp giữ.

Ngoài những điểm tốt mà supercat đã nêu ra trong bài đăng của mình, có một sự tinh tế hơn nữa cần lưu ý khi bạn đang sử dụng một bộ chia điện áp không có bộ đệm với một tụ điện bên ngoài.

Việc truyền tải điện xảy ra mỗi khi bạn chạy qua một chuỗi các lần đọc ADC, khi được nhân với tốc độ lặp lại trình tự, sẽ trở thành một dòng điện . Giá trị trung bình DC của dòng điện này là Csamp * deltaV * f, trong đó Csamp là điện dung lấy mẫu (không phải điện dung bên ngoài!), DeltaV là điện áp giữa các kênh đầu vào liên tiếp và f là tần số lặp lại liên tục (tần suất bạn quay vòng 1 chuỗi mẫu hoàn chỉnh).

Khi bạn có một tụ điện bên ngoài để giảm các hiệu ứng truyền tải điện tích và tránh để có thời gian lấy mẫu dài, nó có tác động tiêu cực của việc lọc thông thấp dòng điện đầu vào này cần thiết để sạc tụ điện lấy mẫu, sẽ xuất hiện dưới dạng điện áp đầu vào dòng rò phụ thuộc gây ra điện áp bù trên trở kháng nguồn của bạn.

Chỉ với một số số mẫu: bộ chia điện áp của bạn (100K || 10K) khoảng 9K và nếu deltaV giữa các kênh = 3V, Csamp = 10pF và f = 10kHz, điều này sẽ gây ra lỗi điện áp 2,7mV hoặc nhỏ hơn một chút 0,1% của deltaV. Không nhiều, nhưng đủ để nhận thức được. Bạn không nên sử dụng 1M | | Bộ chia điện áp 100K với tốc độ lặp lại chuỗi 10kHz - tất nhiên, điều này khá nhanh và đối với tốc độ lặp lại chậm hơn, bạn không cần phải lo lắng nhiều.

Tôi đã viết về vấn đề này và các vấn đề lái xe ADC khác trong một bài đăng trên blog của tôi .