MCU上的ADC输入阻抗


12

典型的MCU ADC的输入阻抗是多少?在这种情况下,我正在使用PIC24FJ64GA004。我不需要高速采样-每秒最多100个采样。

我希望将一个电阻分压器与一个100k电阻器和一个10k电阻器连接,因此阻抗应高于1M,否则阻抗将开始使读数产生偏差。


对于亚兆欧信号源,输入阻抗不是100 Hz采样率时您应该担心的,而是诸如混叠或捕获瞬变之类的东西(甚至很重要)。
尼克·T

Answers:


10

输入漏电流

为了确定您的电阻从栅极的压降,您需要使用数据表中的泄漏电流。Microchip在其数据手册中指定了“输入漏电流”。我查找数据表指定了1uA的输入泄漏电流。这可能会导致.1V或100mV,仅是robert计算的两倍,可能对您的信号没有影响。

现在请记住,如果将30V信号分压至全读电压为30/11(2.7v)伏,则将100mV添加到此电压,这会导致30V信号出现高达3%的误差。

如果需要1V的分辨率,请将该分辨率除以11,然后再加上100mV。该100mV可能比1V信号大。

输入电容

罗伯特是对的,会有一个电容,但这确实指定了进行ADC测量所需的时间。此外,这还与您选择的输入电阻相结合,会创建一个低通滤波器,如果您要测量更高频率的信号,将无法捕获它们。

减少错误

最简单的方法是减小分压器的电阻或缓冲信号。当您缓冲信号时,您将用运算放大器的泄漏电流代替PIC的泄漏电流,这可能会非常低。

1uA是最坏的情况,除非您花费大量资金对设计进行细微更改,制造设计并测试对您的不利影响。

请让我知道是否有什么我可以做的以使其更容易阅读。


好吧,3%很高...有什么方法可以减少这种情况吗?我想我可以减少分压电阻...
Thomas O

如果最小读数为30V,则为3%。
Kortuk

添加了额外的信息。
Kortuk

@Kortuk在1 uA上100 mV会导致100kΩ电阻,但是我无法弄清楚该电阻来自何处。您能澄清一下吗?
elektrodynamik

12

根据采样保持盖是否连接到引脚,MCU ADC输入会经历可变的输入阻抗。使用运算放大器缓冲信号可能会很麻烦。运算放大器的另一个好处是允许您滤除高于奈奎斯特的频率,这也是一个好习惯。


不幸的是,我不能为运算放大器腾出空间。
Thomas O

2
您不能为SC70-6组件预留空间,您称自己为菜鸟吗?
akohlsmith

同意,一个运放用于滤波低于nyqusit速率并设置增益的放大器,另一个运放用于缓冲输入。
smashtastic,2010年

6

尚未提及的一点是输入端的开关电容。许多ADC在进行测量时会将电容器连接到输入,然后在以后的某个时间断开连接。此电容的初始状态可能是上次测量的电压,VSS或不一致的电压。为了进行准确的测量,必须在连接电容时输入不跳动,或者在断开电容器连接之前反弹并恢复;实际上,这意味着输入上的电容必须高于某个值,否则输入电容和源阻抗形成的RC时间必须低于某个值。

例如,假设开关输入电容为10pF,采集时间为10uS。如果输入阻抗为100K,则除了ADC的电容外没有输入电容,并且起始电容电压和要测量的电压之差为R,则RC时间常数将为1uS(10pF * 100K) ,因此采集时间将为10个RC时间常数,并且误差将为R / exp(10)(约R / 22,000)。如果R可能是满量程电压,那么对于16位测量而不是12位测量,误差将是一个问题。

假设板上有10pF的电容,此外还有10pF的开关电容。在这种情况下,初始误差将减少一半,但RC时间常数将增加一倍。因此,错误将为R / 2 / exp(5)(约为R / 300)。几乎不能满足8位测量的需要。

再增加一点电容,情况会变得更糟。将电容推至90pF,误差将为R / 10 / exp(1)(约为R / 27)。另一方面,如果上限变得更大,则误差将回落。如果电容为1000pF,则误差约为R / 110;在10,000pF(0.01uF)时,约为R / 1000。在0.1uF时,约为R / 10,000,在1uF时,约为R / 100,000。


5

看一下数据表的第198页。引脚上有6-11pF,固定帽上有4.4pF。


是的,但这对我意味着什么?抱歉,我还是菜鸟。
Thomas O

输入将消耗约500nA(电流源)。电容器将限制采样率。时钟切换到输入引脚时需要花费一些时间充电。
罗伯特2010年

500nA会降低50mV,这是相当高的,但在我的0-30V满量程范围内不会很大,大约是5mV,这很好。谢谢!
Thomas O

3

除了supercat在其职位中提出的要点外,当您使用带外部电容器的无缓冲分压器时,还有一点要注意的地方。

每次通过一系列ADC读数运行时发生的电荷转移,乘以一个序列重复率,就变成电流。该电流的DC平均值为Csamp * deltaV * f,其中Csamp是采样电容(不是外部电容!),deltaV是连续输入通道之间的电压,f是序列重复频率(循环的频率) 1个完整的样本序列)。

当您使用外部电容器来减少电荷转移效应并避免采样时间过长时,它会对通过低通滤波为采样电容器充电所需的输入电流产生负面影响,该电流将显示为输入电压依赖的泄漏电流,会在源阻抗两端产生失调电压。

仅针对一些样本数:您的分压器(100K || 10K)约为9K,如果通道之间的deltaV = 3V,Csamp = 10pF,f = 10kHz,则将导致2.7mV的电压误差,或略小于ΔV的0.1%。数量不多,但足以引起注意。您应该使用1M || 具有10kHz序列重复率的100K分压器-当然,这是相当快的,对于较低的重复率,您不必太担心。

我已经在博客中写了有关此问题以及其他ADC驱动问题的文章


关于重复电容切换出现为连续电流的观点是一个很好的观点。在我对电容式开关行为最有麻烦的情况下,我的采样率低于1Hz,因此开关输入产生或吸收的电流不是问题,但是对于涉及连续数据采集的情况,这是一个不会解决的问题。不论输入过滤帽有多大,都无法解决。
2012年

顺便说一句,关于您的博客,另一种解决另一位工程师遇到的问题类型的方法可能是将轮询顺序更改为(采样热敏电阻#1),(采样固定零伏信号),(采样热敏电阻#2) )(固定零伏信号采样),否则,如果上限的起点始终是先前读取的电压,则对每个采样组对每个热敏电阻采样两次,或者仅使用第二个值,或者调整第二个值基于另一个传感器的第二个读数和第一个读数。
2012年
By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.