ADC-Eingangsimpedanz auf MCUs

Wie hoch ist die Eingangsimpedanz eines typischen MCU-ADC? In diesem Fall arbeite ich mit einem PIC24FJ64GA004. Ich brauche kein Hochgeschwindigkeits-Sampling - maximal 100 Samples pro Sekunde.

Ich möchte einen Widerstandsteiler mit einem 100-kΩ-Widerstand und einem 10-kΩ-Widerstand anschließen, sodass die Impedanz höher als 1 M sein sollte, da sonst die Impedanz die Messwerte verfälscht.

Die Eingangsimpedanz ist nicht das, worüber Sie sich bei einer Abtastrate von 100 Hz mit einer Sub-Megaohm-Quelle Sorgen machen sollten, sondern Dinge wie Aliasing oder das Erfassen von Transienten (falls es überhaupt darauf ankommt).
Es gibt kein "typisch". Lesen Sie das Datenblatt!

Antworten (5)

Eingangsleckstrom

Um den Spannungsabfall Ihres Widerstands vom Gate zu bestimmen, müssen Sie den Leckstrom aus dem Datenblatt verwenden. Microchip gibt in seinen Datenblättern einen „Eingangsleckstrom“ an. Das [Datenblatt, das ich nachgeschlagen habe] [1] gibt einen Eingangsleckstrom von 1 uA an. Dies könnte 0,1 V oder 100 mV verursachen, was nur das Doppelte dessen ist, was Robert berechnet hat, wahrscheinlich kein Problem für Ihr Signal.

Denken Sie jetzt daran, wenn Sie ein 30-V-Signal auf 30/11 (2,7 V) Volt herunterteilen, werden die 100 mV dazu addiert, was zu einem Fehler von bis zu 3 % bei Ihrem 30-V-Signal führt.

Wenn Sie eine Auflösung von 1 V benötigen, teilen Sie diese durch 11 und addieren Sie dann die 100 mV. Diese 100 mV könnten größer sein als das 1-V-Signal.

Eingangskapazität

Robert hat Recht, es wird eine Kapazität geben, aber dies gibt wirklich eine Zeitdauer an, die benötigt wird, um die ADC-Messung durchzuführen. Dies erzeugt auch in Kombination mit dem von Ihnen gewählten Eingangswiderstand einen Tiefpassfilter; Wenn Sie Signale mit einer höheren Frequenz messen möchten, können Sie diese nicht erfassen.

Reduzierung des Fehlers

Der einfachste Weg ist, entweder Ihren Widerstand an Ihrem Teiler zu reduzieren oder Ihr Signal zu puffern. Wenn Sie das Signal puffern, ersetzen Sie den Leckstrom des PIC durch den Leckstrom Ihres Operationsverstärkers, der ziemlich niedrig sein kann.

Diese 1 uA sind ein schlimmster Fall, es sei denn, es kostet Sie viel, geringfügige Änderungen am Design vorzunehmen, Ihr Design zu fabrizieren und zu testen, wie schlecht es für Sie ist.

Bitte lassen Sie mich wissen, ob ich irgendetwas tun kann, um das Lesen zu erleichtern.

Okay, 3 % sind ziemlich hoch ... gibt es eine Möglichkeit, dies zu reduzieren? Ich denke, ich könnte den Teilerwiderstand verringern ...
es sind 3 %, wenn Ihr kleinster Messwert 30 V beträgt.
zusätzliche Informationen hinzugefügt.

MCU-ADC-Eingänge können eine variable Eingangsimpedanz erfahren, je nachdem, ob die Sample-and-Hold-Kappe mit dem Pin verbunden ist oder nicht. Es könnte sich lohnen, einen Operationsverstärker zu verwenden, um das Signal zu puffern. Der Operationsverstärker hätte den zusätzlichen Vorteil, dass Sie Frequenzen über Nyquist herausfiltern können, was ebenfalls eine gute Übung ist.

Leider kann ich keinen Platz für einen Operationsverstärker erübrigen.
Sie haben keinen Platz für eine SC70-6-Komponente und bezeichnen sich selbst als Noob?
vereinbart, ein Operationsverstärker zum Filtern unterhalb der Nyqusit-Rate und Einstellen der Verstärkung und der zweite optional zum Puffern des Eingangs.

Ein noch nicht erwähnter Punkt ist die geschaltete Kapazität am Eingang. Viele ADCs schließen einen Kondensator an den Eingang an, während sie eine Messung durchführen, und trennen ihn dann einige Zeit später. Der Anfangszustand dieser Kappe kann die zuletzt gemessene Spannung, VSS oder etwas Inkonsistentes sein. Für eine genaue Messung ist es erforderlich, dass sich der Eingang entweder nicht bewegt, wenn die Kapazität angeschlossen ist, oder dass er springt und sich erholt, bevor der Kondensator getrennt wird. in der Praxis bedeutet dies, dass entweder die Kapazität am Eingang über einem bestimmten Wert liegen muss oder dass die RC-Zeit aus Eingangskapazität und Quellimpedanz unter einem bestimmten Wert liegen muss.

Angenommen, die geschaltete Eingangskapazität beträgt beispielsweise 10 pF und die Erfassungszeit 10 uS. Wenn die Eingangsimpedanz 100 K beträgt, keine andere Eingangskapazität als die Kapazität des ADC vorhanden ist und die Differenz zwischen der Startkappenspannung und der zu messenden Spannung R ist, beträgt die RC-Zeitkonstante 1 uS (10 pF * 100 K). , also beträgt die Erfassungszeit 10 RC-Zeitkonstanten und der Fehler R/exp(10) (ungefähr R/22.000). Wenn R die Vollskalenspannung sein könnte, dann wird der Fehler ein Problem für 16-Bit-Messungen sein, aber nicht für 12-Bit-Messungen.

Angenommen, auf der Platine gäbe es zusätzlich zu den 10 pF geschalteter Kapazität eine Kapazität von 10 pF. In diesem Fall würde der Anfangsfehler halbiert, aber die RC-Zeitkonstante würde verdoppelt. Folglich wäre der Fehler R/2/exp(5) (ungefähr R/300). Kaum gut genug für 8-Bit-Messung.

Erhöhen Sie die Kapazität ein wenig mehr und es wird noch schlimmer. Schieben Sie die Kapazität auf 90 pF und der Fehler wäre R/10/exp(1) (ungefähr R/27). Wenn die Obergrenze jedoch viel größer wird, sinkt der Fehler wieder. Bei einer Kapazität von 1000 pF wäre der Fehler etwa R/110; bei 10.000 pF (0,01 uF) wären es etwa R/1000. Bei 0,1 uF wären es etwa R/10.000 und bei 1 uF wären es etwa R/100.000.

Werfen Sie einen Blick auf Seite 198 des Datenblatts . Am Stift sind 6-11 pF und an der Haltekappe 4,4 pF.

Ja, aber was bedeutet das für mich? Entschuldigung, ich bin immer noch ein Noob.
Der Eingang zieht etwa 500 nA (die Stromquelle). Die Kondensatoren begrenzen die Abtastrate. Der Chold braucht Zeit zum Aufladen, wenn er auf den Eingangspin umschaltet.
500 nA würden 50 mV abfallen, was ziemlich hoch ist, aber nicht viel von meinem 0-30-V-Vollbereich, es wären etwa 5 mV, was in Ordnung ist. Vielen Dank!

Zusätzlich zu den guten Punkten, die Supercat in seinem Beitrag angesprochen hat, gibt es eine weitere Feinheit zu beachten, wenn Sie einen ungepufferten Spannungsteiler mit einem externen Kondensator verwenden.

Die Ladungsübertragung, die jedes Mal stattfindet, wenn Sie eine Folge von ADC-Messwerten durchlaufen, wird, wenn sie mit einer Folgewiederholungsrate multipliziert wird, zu einem Strom . Der DC-Durchschnittswert dieses Stroms ist Csamp * deltaV * f, wobei Csamp die Abtastkapazität ist (nicht die externe Kapazität!), deltaV die Spannung zwischen aufeinanderfolgenden Eingangskanälen ist und f die Sequenzwiederholfrequenz ist (wie oft Sie durchschalten). 1 vollständige Musterfolge).

Wenn Sie einen externen Kondensator haben, um die Ladungsübertragungseffekte zu reduzieren und eine lange Abtastzeit zu vermeiden, hat dies den negativen Effekt, dass dieser Eingangsstrom, der zum Laden des Abtastkondensators erforderlich ist, tiefpassgefiltert wird und als Eingangsspannung erscheint -abhängiger Leckstrom, der eine Offset-Spannung über Ihrer Quellenimpedanz verursacht.

Nur für einige Beispielnummern: Ihr Spannungsteiler (100 K || 10 K) beträgt etwa 9 K, und wenn deltaV zwischen den Kanälen = 3 V, Csamp = 10 pF und f = 10 kHz beträgt, führt dies zu einem Spannungsfehler von 2,7 mV oder etwas weniger als 0,1 % von deltaV. Nicht viel, aber genug, um sich dessen bewusst zu sein. Sie sollten kein 1M || verwenden 100K-Spannungsteiler mit 10-kHz-Sequenz-Wiederholungsrate - das ist natürlich ziemlich schnell, und bei langsameren Wiederholraten müssen Sie sich nicht so viele Sorgen machen.

Ich habe über dieses und andere ADC-Fahrprobleme in einem Beitrag in meinem Blog geschrieben .

Ihr Punkt zum wiederholten kapazitiven Schalten, das als Dauerstrom erscheint, ist gut. In dem Szenario, in dem ich die meisten Probleme mit dem kapazitiven Schaltverhalten hatte, lag meine Abtastrate unter 1 Hz, sodass der Strom, der vom geschalteten Eingang bezogen oder aufgenommen wurde, kein Problem darstellte, aber in Situationen mit kontinuierlicher Datenerfassung ist dies ein Problem, das gewonnen wird. Es kann nicht durch eine Eingangsfilterkappe gelöst werden, egal wie groß sie ist.
Übrigens, in Bezug auf Ihren Blog könnten andere Ansätze zur Lösung der Art von Problem, die der andere Ingenieur hatte, darin bestehen, die Abfragesequenz in (Beispiel-Thermistor Nr. 1), (Beispiel für ein festes Null-Volt-Signal) und (Beispiel-Thermistor Nr. 2) zu ändern ), (Beispiel für ein festes Null-Volt-Signal) oder sonst, wenn der Ausgangspunkt für die Kappe immer die zuvor abgelesene Spannung ist, jeden Thermistor zweimal für jede Probengruppe abtasten, entweder nur den zweiten Wert verwenden oder vielleicht den anpassen zweiter Wert basierend auf der zweiten Ablesung des anderen Sensors und dem ersten abgelesenen Wert.
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