ADC impedancia de entrada en MCU

¿Cuál es la impedancia de entrada de un MCU ADC típico? En este caso estoy trabajando con un PIC24FJ64GA004. No necesito muestreo de alta velocidad, un máximo de 100 muestras por segundo.

Deseo conectar un divisor resistivo con una resistencia de 100k y una resistencia de 10k, por lo que la impedancia debe ser superior a 1M o la impedancia comenzará a sesgar las lecturas.

Corriente de fuga de entrada

Para determinar la caída de voltaje de sus resistencias desde la puerta, debe usar la corriente de fuga de la hoja de datos. Microchip especifica una "Corriente de fuga de entrada" en sus hojas de datos. La hoja de datos que he buscado especifica una corriente de fuga de entrada de 1uA. Esto podría causar un .1V o 100mV, que es solo el doble de lo que Robert calculó, probablemente no sea un problema en su señal.

Ahora recuerde, si está dividiendo una señal de 30V a 30/11 (2.7v) voltios de lectura completa, entonces se agregan 100mV a esto, causando hasta un 3% de error en su señal de 30V.

Si necesita una resolución de 1V, divídala por 11 y luego agregue los 100mV. Este 100mV podría ser mayor que la señal de 1V.

Capacitancia de entrada

Robert tiene razón, habrá una capacitancia, pero esto realmente especifica la cantidad de tiempo que se necesita para tomar la medición de ADC. Esto también, combinado con la resistencia de entrada que elija, crea un filtro de paso bajo, si desea medir señales con una frecuencia más alta, no podrá capturarlas.

Reduciendo el error

La forma más fácil es reducir su resistencia en su divisor o amortiguar su señal. Cuando amortigua la señal, reemplazará la corriente de fuga de los PIC con la corriente de fuga de sus amplificadores operacionales, que puede ser bastante baja.

Este 1uA es el peor de los casos, a menos que le cueste una gran cantidad hacer pequeños cambios en el diseño, fabuloso su diseño y probar qué tan malo es para usted.

Avíseme si hay algo que pueda hacer para que sea más fácil de leer.

Las entradas MCU ADC pueden experimentar una impedancia de entrada variable dependiendo de si la tapa de muestreo y retención está conectada al pin o no. Podría valer la pena usar un amplificador operacional para amortiguar la señal. El amplificador operacional tendría el beneficio adicional de permitirle filtrar frecuencias por encima de Nyquist, que también es una buena práctica.

Un punto aún no mencionado es la capacitancia conmutada en la entrada. Muchos ADC conectarán un condensador a la entrada mientras realizan una medición y luego lo desconectarán en algún momento posterior. El estado inicial de este límite puede ser el último voltaje medido, VSS o algo inconsistente. Para una medición precisa, es necesario que la entrada no se mueva cuando se conecta la capacitancia, o que rebote y se recupere antes de desconectar el capacitor; En la práctica, esto significa que la capacitancia en la entrada debe estar por encima de un cierto valor o que el tiempo RC formado por la capacitancia de entrada y la impedancia de la fuente debe estar por debajo de un cierto valor.

Supongamos, por ejemplo, que la capacitancia de entrada conmutada es 10pF, y el tiempo de adquisición es 10uS. Si la impedancia de entrada es de 100K, no hay capacitancia de entrada que no sea la capacitancia del ADC, y la diferencia entre el voltaje de la tapa inicial y el voltaje a medir es R, entonces la constante de tiempo RC será 1uS (10pF * 100K) , por lo que el tiempo de adquisición será de 10 constantes de tiempo RC y el error será R / exp (10) (aproximadamente R / 22,000). Si R podría ser el voltaje de escala completa, entonces el error será un problema para las mediciones de 16 bits, pero no para las mediciones de 12 bits.

Supongamos que hay 10pF de capacitancia en la placa además de los 10pF de capacitancia conmutada. En ese caso, el error inicial se reduciría a la mitad, pero la constante de tiempo RC se duplicaría. En consecuencia, el error sería R / 2 / exp (5) (aproximadamente R / 300). Apenas lo suficientemente bueno para la medición de 8 bits.

Aumente la capacitancia un poco más y las cosas empeorarán aún más. Empuje la capacitancia a 90pF y el error sería R / 10 / exp (1) (aproximadamente R / 27). Por otro lado, si el límite se vuelve mucho más grande que eso, el error volverá a bajar. Con una capacitancia de 1000pF, el error sería de aproximadamente R / 110; a 10,000pF (0.01uF), sería aproximadamente R / 1000. A 0.1uF, sería de aproximadamente R / 10,000, y a 1uF, sería de aproximadamente R / 100,000.

Consulte la página 198 de la hoja de datos . Hay 6-11pF en el pin y 4.4pF en la tapa de sujeción.

Además de los buenos puntos que supercat ha planteado en su publicación, hay otra sutileza a tener en cuenta cuando está utilizando un divisor de voltaje sin búfer con un condensador externo.

La transferencia de carga que ocurre cada vez que ejecuta una secuencia de lecturas de ADC, cuando se multiplica por una tasa de repetición de secuencia, se convierte en una corriente . El valor promedio de CC de esta corriente es Csamp * deltaV * f, donde Csamp es la capacitancia de muestreo (¡no la capacitancia externa!), DeltaV es el voltaje entre los canales de entrada sucesivos, yf es la frecuencia de repetición de secuencia (con qué frecuencia recorre el ciclo 1 secuencia completa de muestras).

Cuando tiene un condensador externo para reducir los efectos de transferencia de carga y evitar tener un tiempo de muestreo prolongado, tiene el efecto negativo de filtrar el paso bajo de esta corriente de entrada necesaria para cargar el condensador de muestreo, que aparecerá como un voltaje de entrada dependiente de la corriente de fuga que causa un voltaje de compensación a través de la impedancia de su fuente.

Solo para algunos números de muestra: su divisor de voltaje (100K || 10K) es de aproximadamente 9K, y si deltaV entre canales = 3V, Csamp = 10pF yf = 10kHz, esto causará un error de voltaje de 2.7mV, o un poco menos que 0.1% de deltaV. No mucho, pero suficiente para tener en cuenta. Usted debe no estar utilizando un 1M || Divisor de voltaje de 100K con frecuencia de repetición de secuencia de 10 kHz; por supuesto, esto es bastante rápido, y para frecuencias de repetición más lentas, no necesita preocuparse tanto.

Escribí sobre este y otros problemas de manejo de ADC en una publicación en mi blog .