¿Cuál es la impedancia de entrada de un ADC MCU típico? En este caso estoy trabajando con un PIC24FJ64GA004. No necesito un 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.
Para determinar la caída de voltaje de sus resistencias desde la compuerta, 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 30 V a 30/11 (2,7 V) voltios de lectura completa, a continuación, se agregarán los 100 mV, lo que provocará un error de hasta el 3% en su señal de 30 V.
Si necesita una resolución de 1 V, divida eso por 11 y luego agregue 100 mV. Este 100mV podría ser mayor que la señal de 1V.
Robert tiene razón, habrá una capacitancia, pero esto realmente especifica la cantidad de tiempo que se necesita para tomar la medida ADC. Esto también, combinado con la resistencia de entrada que eligió, crea un filtro de paso bajo. Si quiere medir las señales con una frecuencia más alta, no podrá capturarlas.
La forma más fácil es reducir su resistencia en su divisor o amortiguar su señal. Cuando almacene en búfer la señal, reemplazará la corriente de fuga del PIC por la corriente de fuga de los amplificadores operacionales, que puede ser bastante baja.
Este 1uA es el peor de los casos, a menos que le cueste una gran cantidad para realizar pequeños cambios en el diseño, haga un diseño fabuloso y pruebe lo malo que es para usted.
Hazme saber si hay algo que pueda hacer para que esto sea más fácil de leer.
Las entradas de 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 las frecuencias por encima de Nyquist, lo que también es una buena práctica.
Un punto que aún no se menciona es la capacitancia conmutada en la entrada. Muchos ADC conectarán un capacitor a la entrada mientras toman una medida y luego la desconectan más tarde. 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 que se desconecte el capacitor; en la práctica, esto significa que la capacitancia en la entrada debe estar por encima de un cierto valor, o bien 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 otra capacitancia de entrada que la capacitancia del ADC, y la diferencia entre el voltaje de la tapa de arranque y el voltaje que se medirá 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, el error será un problema para las mediciones de 16 bits, pero no para las mediciones de 12 bits.
Suponga que había 10 pF de capacitancia en el tablero además de los 10 pF 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.
Incrementa un poco más la capacitancia y las cosas empeoran. Empuje la capacitancia a 90 pF y el error sería R / 10 / exp (1) (aproximadamente R / 27). Por otro lado, si la tapa es mucho más grande que eso, el error volverá a bajar. Con una capacitancia de 1000pF, el error sería aproximadamente R / 110; a 10,000pF (0.01uF), sería aproximadamente R / 1000. A 0.1uF, sería aproximadamente R / 10,000, y a 1uF, sería aproximadamente R / 100,000.
Eche un vistazo a 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 puntos positivos que supercat ha suscitado en su publicación, hay una sutileza adicional que se debe tener en cuenta cuando se utiliza un divisor de tensión 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 actual . 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 canales de entrada sucesivos, y f es la frecuencia de repetición de la secuencia (con qué frecuencia realiza un ciclo a través de 1 secuencia completa de muestras).
Cuando tiene un condensador externo para reducir los efectos de transferencia de carga y evita tener un tiempo de muestreo prolongado, tiene el efecto negativo del filtrado de paso bajo que requiere esta corriente de entrada para cargar el condensador de muestreo, que aparecerá como corriente de fuga dependiente del voltaje de entrada 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 aproximadamente 9K, y si deltaV entre canales = 3V, Csamp = 10pF yf = 10kHz, esto causará un error de voltaje de 2.7mV, o algo menos del 0,1% de deltaV. No mucho, pero suficiente para estar al tanto. Debería no utilizar un 1M || Divisor de voltaje de 100K con tasa de repetición de secuencia de 10 kHz: por supuesto, esto es bastante rápido, y para velocidades de repetición más lentas, no necesita preocuparse tanto.
He escrito sobre este y otros problemas de conducción de ADC en una publicación en mi blog .
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