Impédance d'entrée ADC sur les MCU

Quelle est l'impédance d'entrée d'un CAN MCU typique? Dans ce cas, je travaille avec un PIC24FJ64GA004. Je n'ai pas besoin d'échantillonnage à grande vitesse - un maximum de 100 échantillons par seconde.

Je souhaite connecter un diviseur résistif avec une résistance de 100k et une résistance de 10k, donc l'impédance doit être supérieure à 1M, sinon l'impédance commencera à fausser les lectures.

Courant de fuite d'entrée

Pour déterminer la chute de tension de vos résistances de la grille, vous devez utiliser le courant de fuite de la fiche technique. Microchip spécifie un "courant de fuite d'entrée" sur leurs fiches techniques. La fiche technique que j'ai consultée spécifie un courant de fuite d'entrée de 1uA. Cela pourrait provoquer un .1V ou 100mV, ce qui n'est que le double de ce que Robert a calculé, probablement pas un problème sur votre signal.

Rappelez-vous maintenant que si vous divisez un signal de 30 V à 30/11 (2,7 V) en pleine lecture, le 100 mV est ajouté à cela, provoquant jusqu'à 3% d'erreur sur votre signal de 30 V.

Si vous avez besoin d'une résolution de 1 V, divisez-la par 11, puis ajoutez les 100 mV. Ce 100mV pourrait être plus grand que le signal 1V.

Capacité d'entrée

Robert a raison, il y aura une capacité, mais cela spécifie vraiment le temps nécessaire pour prendre la mesure ADC. Ceci aussi, combiné à la résistance d'entrée que vous avez choisie, crée un filtre passe-bas, si vous voulez mesurer des signaux avec une fréquence plus élevée, vous ne pourrez pas les capturer.

Réduire l'erreur

Le moyen le plus simple consiste soit à réduire votre résistance sur votre diviseur, soit à tamponner votre signal. Lorsque vous mettez le signal en mémoire tampon, vous remplacez le courant de fuite des PIC par votre courant de fuite des amplificateurs opérationnels que vous pouvez obtenir assez bas.

Ce 1uA est le pire des cas, à moins qu'il ne vous en coûte cher d'apporter des modifications mineures à la conception, de fabriquer votre conception et de tester à quel point c'est mauvais pour vous.

Veuillez me faire savoir si je peux faire quelque chose pour faciliter la lecture.

Les entrées MCU ADC peuvent subir une impédance d'entrée variable selon que le capuchon d'échantillonnage et de maintien est connecté à la broche ou non. Cela vaut peut-être la peine d'utiliser un ampli opérationnel pour mettre le signal en mémoire tampon. L'ampli op aurait l'avantage supplémentaire de vous permettre de filtrer les fréquences au-dessus de Nyquist, ce qui est également une bonne pratique.

Un point non encore mentionné est la capacité commutée sur l'entrée. De nombreux ADC connectent un condensateur à l'entrée pendant qu'ils prennent une mesure, puis la déconnectent un peu plus tard. L'état initial de ce capuchon peut être la dernière tension mesurée, VSS, ou quelque chose d'incohérent. Pour une mesure précise, il est nécessaire que l'entrée ne bouge pas lorsque la capacité est connectée, ou qu'elle rebondisse et récupère avant que le condensateur ne soit déconnecté; en pratique, cela signifie que soit la capacité sur l'entrée doit être supérieure à une certaine valeur, soit que le temps RC formé par la capacité d'entrée et l'impédance de la source doit être inférieur à une certaine valeur.

Supposons, par exemple, que la capacité d'entrée commutée soit de 10pF et que le temps d'acquisition soit de 10uS. Si l'impédance d'entrée est de 100K, il n'y a pas de capacité d'entrée autre que la capacité de l'ADC, et la différence entre la tension de démarrage et la tension à mesurer est R, alors la constante de temps RC sera de 1uS (10pF * 100K) , donc le temps d'acquisition sera de 10 constantes de temps RC, et l'erreur sera R / exp (10) (environ R / 22 000). Si R peut être la tension à pleine échelle, l'erreur sera un problème pour les mesures 16 bits, mais pas pour les mesures 12 bits.

Supposons qu'il y ait 10pF de capacité sur la carte en plus des 10pF de capacité commutée. Dans ce cas, l'erreur initiale serait réduite de moitié, mais la constante de temps RC serait doublée. Par conséquent, l'erreur serait R / 2 / exp (5) (environ R / 300). À peine assez bon pour une mesure 8 bits.

Augmentez un peu plus la capacité et les choses empirent encore. Poussez la capacité à 90pF et l'erreur serait R / 10 / exp (1) (environ R / 27). D'un autre côté, si le plafond devient beaucoup plus gros que cela, l'erreur redescendra. Avec une capacité de 1000pF, l'erreur serait d'environ R / 110; à 10 000 pF (0,01 uF), ce serait environ R / 1000. À 0,1 uF, ce serait environ R / 10 000, et à 1 uF, ce serait environ R / 100 000.

Jetez un œil à la page 198 de la fiche technique . Il y a 6-11pF à la broche et 4,4pF sur le capuchon de maintien.

En plus des bons points que Supercat a soulevés dans son article, il y a une autre subtilité à noter lorsque vous utilisez un diviseur de tension sans tampon avec un condensateur externe.

Le transfert de charge qui se produit chaque fois que vous exécutez une séquence de lectures ADC, multiplié par un taux de répétition de séquence, devient un courant . La valeur moyenne continue de ce courant est Csamp * deltaV * f, où Csamp est la capacité d'échantillonnage (pas la capacité externe!), DeltaV est la tension entre les canaux d'entrée successifs, et f est la fréquence de répétition de séquence (la fréquence à laquelle vous parcourez 1 séquence complète d'échantillons).

Lorsque vous avez un condensateur externe pour réduire les effets de transfert de charge et éviter d'avoir un long temps d'échantillonnage, il a pour effet négatif de filtrer passe-bas ce courant d'entrée nécessaire pour charger le condensateur d'échantillonnage, qui apparaîtra comme une tension d'entrée -courant de fuite dépendant qui provoque une tension de décalage à travers votre impédance de source.

Juste pour quelques exemples: votre diviseur de tension (100K || 10K) est d'environ 9K, et si deltaV entre les canaux = 3V, Csamp = 10pF et f = 10kHz, cela provoquera une erreur de tension de 2,7mV, ou légèrement inférieure à 0,1% de deltaV. Pas beaucoup, mais assez pour en être conscient. Vous ne devriez pas utiliser un 1M || Diviseur de tension 100K avec un taux de répétition de séquence de 10 kHz - bien sûr, c'est assez rapide, et pour des taux de répétition plus lents, vous n'avez pas besoin de vous inquiéter autant.

J'ai écrit à ce sujet et sur d'autres problèmes de conduite ADC dans un article sur mon blog .