Arduino Nano:使用模拟输入测量微小电压


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我需要使用Arduino Nano上的10位ADC尽可能准确地测量0v至40mV 。我每秒只需要一个样本。

我计划将AREF引脚保持在高于地面40mV的位置,适当屏蔽所有物体,在硬件和软件中使用低通滤波器,并使用适当平滑的电源。

  • 我可能会获得哪种精度?

  • 我还能做些什么来提高准确性?


检查控制器的数据表以获取可用的带隙基准电压。然后设计一个放大器,在该参考电压下将最大信号放大到很小。
jippie

Answers:


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Nano的ADC上有比我更好的专家,但是我敢肯定它将存在一些问题,因此,我会建议使用放大器。我建议使用5V(或任何nano使用)和0V的运放。运算放大器将需要在输入和输出上具有轨到轨功能,并需要以非反相模式进行配置,并具有将40mV转换为毫微级满量程的增益。

在此处输入图片说明

如果满量程(例如)为3V,则需要3 / 0.04 = 75的增益。这意味着R2 / R1 = 74(75减1)。

R1会很高兴成为100欧姆,因此R2将会是7400欧姆(与560k并联的7k5给出的7k401希望足够接近。)运放仅在阅读了您的问题后才需要以低速运行。合适的设备,请在我发布答案并查看时放火...

AD8538看起来合适的,所以做的AD8628,但有可能是几个,很容易符合该法案


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满量程为Vcc,但在AREF引脚上提供参考电压可根据需要提供较低的满量程参考。但是,放大仍然是可取的,因为低于1.0伏的AREF在AFAIC上不起作用(没有书面证据,只是我遇到的一些问题)。
Anindo Ghosh

为什么不使用更常见的E12电阻器?确切的比例并不重要,只要您知道要补偿它即可。例如。12k÷150 = 80或33k÷470≈70。当然3V输出电压就是这种情况,这可能不是最佳选择。
jippie 2013年

@jippie我完全同意,但是我的回答“建议”如何将电阻并联放置,我不确定OP是否知道这一点。他免费得到一个额外的答案!
安迪(aka)

对于运算放大器建议+ 1,AD8538是个人喜好,尤其是在SOT23封装中-无意义的引脚,出色的散热性能。
Anindo Ghosh

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@AnindoGhosh-20个月了。ATMega328数据表 在其650页中的任何地方似乎都没有说出什么范围的值对外部施加的Aref电压有效,但其中提到的所有所有图表的下限均为1.8V :-(。Vcc可能> = 1.8 V和AVcc可能为Vcc-0.3V,因此低至1.5V是合法的;使用内部1.1V带隙基准电压会降低ADC的最大电压;较低的外部V_ARef可能是合法的,但不能肯定
Russell McMahon

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我本来不打算将其添加为答案,但让它淹没在评论中似乎很重要。

求助于微控制器的数据表是最重要的事情。如果我对具有ATmega 168的Arduino Nano正确的话,请参见数据表。电气特性是您必须了解的部分并首先检查那里的内容。

关键是:最小参考电压为1.0V-您可以在第311页上看到它。您必须将信号至少放大25倍才能获得合理的精度,并放大到最小参考电压。

现在,我知道的最佳元件选择(尽管我几乎不了解这个主题)将需要一个低噪声运算放大器,该放大器能够像@Andyaka指出的那样以轨到轨的方式工作,最好在您的电源电压下运行。然后,我认为参考电压的最佳选择是内部参考电压。尽管它们在设备之间可能有所不同,但我认为稳定性应该是最合理的。此外,您选择的电阻应以较低的电阻而不是较高的电阻为基础,因为它们具有更高的抗噪声能力。不要忘记它们随时间和温度变化的稳定性!

放大器的最佳配置可能会有所不同-同相放大器开始时可能比较好,但是它的高输入阻抗可能无法很好地与您的信号配合使用(尽管应该可以)。


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为什么输入阻抗不能很好地处理信号?顺便说一下,与大多数ADC一样,处于输入模式的Arduino GPIO均为高输入阻抗。
Anindo Ghosh

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@AnindoGhosh如果必须加载信号源以进行测量,并且信号处理不正确。我对OP信号的性质一无所知。我认为我的帖子中的建议对放大器太苛刻-可能不应该发生,但高输入阻抗是我想知道的事情。
TNW

我认为,如果需要,加载信号源是众所周知的科学,同样,设计人员通常会努力争取高输入阻抗和低输出阻抗。因此,我对这一无条件的声明表示反对。
Anindo Ghosh

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@AnindoGhosh我认为最好是假设该人所了解的知识不胜于其他知识(尤其是40mV ref使我感到怀疑)。我想指出的是,在反相放大器和同相放大器之间的选择不仅取决于我们是否允许极性改变。
TNW

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您应该使用放大器以获得最大的精度。


谢谢-但是为什么呢?多余的舞台不会增加噪音和不准确性吗?哪种放大器电路会产生最佳效果?
2013年

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我想只要您使用稳定的电阻来维持电压增益,同相配置中的低噪声运算放大器就可以做到。
TNW

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对于谴责其他用户不提供信息的人来说,这肯定是一个简单的答案。您能否添加一些原理图或其他细节?
克里斯·拉普兰特
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