Abbildung eines Spannungsbereichs auf den gesamten ADC-Bereich mithilfe von Operationsverstärkern

Ich möchte ein Mikro zur Temperaturmessung mit einem PT-1000-Sensor für einen Bereich von -40 ° C bis 150 ° C verwenden. Ich habe diese Informationsentwürfe erstellt, ich schätze es, wenn eine professionelle Person bestätigen kann, dass meine Gedanken in Ordnung sind, bevor ich viel für Teile und PCB bezahle und kläglich versage.

Der ADC von Mikro ist 3,3 V und 12 Bit. Das bedeutet also, dass 0 V 0 und 3,3 V 4095 sein werden (in einer idealen Welt?)

Ich habe die PT1000 LUT überprüft, es scheint, dass sie bei -40 ° C 842,7 Ohm und bei +150 ° C 1573,3 Ohm hat.

Also muss ich diesen Bereich für meinen ADC-Eingang anpassen. zB bei -40°C sollte der ADC 0 anzeigen und bei 150°C sollte er 4095 anzeigen.

Hier ist der anfängliche Spannungsteiler, ich habe R25 auf 10k gewählt, um den Strom und möglicherweise auch das Rauschen zu begrenzen? Bei -40 ° C und + 150 ° C beträgt die Spannung am Eingang des ersten Operationsverstärkers:

v − 40 = 3.3 × 842.7 10 k + 842.7 = 256 M v
v + 150 = 3.3 × 1573.3 10 k + 1573.3 = 449 M v
Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Also muss ich 256 mV bis 449 mV auf ungefähr 0 V bis 3,3 V abbilden, daher die Verstärkungsstufen hier:

Für die Abbildung von -40 ° C auf 0 V habe ich (achten Sie nicht auf die Werte im Bild, sie sind nicht aktuell) R26 = 33k und R27 = 2,7k, was ergibt:

v Ö u T = 3.3 × 2.7 k 33 k + 2.7 k = 249 M v
das sind 6,4 mV weniger als 256 mV (ich habe den Widerstand basierend auf der E12-Reihe gewählt)

Und schließlich brauche ich eine Verstärkung von 7,34, um 449 mV auf 3,3 V abzubilden: R30 (Rückkopplung) = 68 k, R28 = 10 k. Daher Verstärkung = 68 k / 10 k = 6,8 x

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Also noch einmal, bevor ich viel Geld für Leiterplatten und Komponenten bezahle, glauben Sie, dass ich erreichen werde, was ich brauche?

Was Sie tun müssen, ist, die niedrigere Spannung (256 mV für -40 ° C) zu subtrahieren. Dann müssen Sie mit dem Bereich multiplizieren. Sie haben sich entschieden, die Verstärkung zu berechnen, die erforderlich ist, um 3,3 V aus 449 mV zu erhalten. Das ist falsch. Sobald Sie 256 mV vom Eingang subtrahieren, haben Sie nur einen Bereich von 0 bis 193 mV, also müssen Sie die Verstärkung berechnen, um 3,3 V von 193 mV zu erhalten
@JRE Danke, aber ich habe leider deinen Punkt nicht verstanden, fürchte ich. Sie meinen, der Wert der Widerstände ist falsch oder die Verbindung der Operationsverstärker ist falsch?
Sie möchten den Bereich von (256 mV bis 449 mV) auf (0 V bis 3,3 V) ändern. Sie müssen zuerst 256 mV von Ihrem Eingabewert subtrahieren. Dann beträgt Ihre Verstärkung 3,3 V / (449 mV - 256 mV) = 3,3 V / 193 mV = 17,1
Außerdem wäre es töricht, zu versuchen, innerhalb von 50 mV von 0 V oder Vref für einen ADC zu verwenden, da im Allgemeinen Offset- und Verstärkungsfehler in diesen Bereichen Totzonen erzeugen. Lesen Sie die Datenblätter.
Das Designing Gain and Offset in Thirty Seconds von TI könnte von Interesse sein (wenn Sie eine halbe Minute Zeit haben).

Antworten (1)

Es ist nicht ratsam, die unteren 50 mV und die oberen 50 mV eines ADC-Bereichs zu verwenden, es sei denn, die Angaben im Datenblatt versichern Ihnen, dass Nullpunktverschiebung, Verstärkungsfehler und Referenzfehler die Verwendung eines Teils dieser Bereiche zulassen. Meiner Erfahrung nach werden Sie niemals einen ADC finden, der 0 bis Vref realistisch als vollen Eingangsbereich angibt, selbst wenn dies auf Seite 1 des Datenblatts steht.

Verstärkungsfehler: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Offsetfehler: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Schätzen Sie also den nutzbaren Bereich des ADC ab und überarbeiten Sie Ihre Formeln unter Berücksichtigung von Op-Amp-Offset-Fehlern. Ich würde empfehlen, LTSpice (kostenlos von LTI) zu verwenden, um Ihre Werte zu überprüfen.

Verwenden Sie alternativ einfach den Bereich von 256 mV bis 449 mV - dies als Prozentsatz von 3,3 Volt (Vref) ist 5,8 % oder bei einem 12-Bit-ADC 239 Bit Auflösung. Dies sind 1,26 LSBs pro Grad, und wenn Sie eine höhere Auflösung (natürlich keine Genauigkeit) wünschen, nehmen Sie mehrere Abtastungen und mitteln Sie. Rauschen bewirkt, dass die Werte zittern, und Sie erhalten durch diese Aktion eine Prozessverstärkung, die Ihnen eine Auflösung gibt, die deutlich größer ist als die von 12 Bit implizierte.

Wenn Sie damit nicht zufrieden sind, verwenden Sie einfach einen Verstärker, um die 449 mV auf etwa 3,25 Volt (eine Verstärkung von 7,238) anzuheben. Ihre neue Karte wird sein: -

  • 256 mV ==> 1,853 V
  • 449 mV ==> 3,250 V

Das wird 1,397 Volt des 3V3-Bereichs des ADC oder 9,13 LSBs pro Grad C verwenden.

Lassen Sie sich nicht darauf ein, die Reichweite zu maximieren und zusätzliche Fehler aufgrund von Widerstandstoleranzen usw. zu verursachen. Denken Sie einfach und denken Sie an Genauigkeit / Drift.

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