Entendiendo los ADC diferenciales y los voltajes de referencia

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La configuración:

Actualmente estoy creando un prototipo de una configuración de puente de wheatstone para medir pequeños cambios de resistencia. No tengo el sensor que usaré todavía, así que lo simulé usando potes de ajuste. Estoy utilizando una placa xplained SAML21 . Tengo el lado A y B del puente de wheatstone conectado a dos de los OPAMPS internos del SAM con ganancia programable. Luego alimento las salidas OPAMP en el ADC de 12 bits en modo diferencial firmado.

El problema:

He intentado con algunas configuraciones diferentes y parece que no puedo entenderlo todo. Se crea una tensión de puente de 2 mV (o un desequilibrio de 100 ohmios entre R2 y Rx, si lo prefiere) a partir de una tensión de fuente de 1 V. Cuando se hace referencia a tierra como hacen las OPAMP cuando se pasa a través de ellas, esto es en realidad alrededor de 580 mV para el lado A y 578 mV para el lado B. La ganancia se establece en 3, por lo que cuando se pasa a las entradas de ADC positivas y negativas, sale a aproximadamente 2.32V para el terminal positivo y 2.31V para el negativo.

Lo que obtengo es aproximadamente -1000 conteos de ADC. Esto no tiene ningún sentido para mí. El final positivo está configurado para el nodo de mayor potencial. Así que intenté cambiar el voltaje de referencia. Se configuró para una referencia interna de 1V y lo cambié a uno etiquetado INTVCC0 con el comentario "1 / 1.48V CC referencia". El resultado luego salió a 203 cuentas. Finalmente probé otra referencia INTVCC1 comentó "1 / 2V CC (solo para V CC > 2.1V interno)". Esto dio lugar a unos 700 cargos.

A mi entender de la medición diferencial, el voltaje de referencia no debería afectarlo, ya que lo único que importa es la diferencia entre los dos.

He intentado cambiar la tensión del puente por un factor decente en todas estas referencias y los cambios que veo no tienen sentido.

La (s) pregunta (s):

Básicamente estoy un poco perdido en cuanto a lo que me dice el ADC, y qué cambios puedo hacer para obtener la medida deseada. Entiendo que el single terminó lo suficientemente bien y lo que hace el voltaje de referencia allí, pero parece que no puedo administrar esta transferencia al diferencial. ¿Alguien puede señalar problemas o cosas para verificar?

Pregunta lateral, ¿podría tomar la línea que estoy usando para la entrada negativa y, en cambio, conectarla a un pin de referencia externo para el ADC y usar la otra entrada como el pin positivo en el modo de entrada de terminación única? Si es así, ¿en qué se diferencia eso de lo que estoy haciendo actualmente?

    
pregunta Nate San

2 respuestas

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Cualquier ADC diferencial (y los amplificadores operacionales también) tendrán una relación de rechazo de modo común (CMRR). Por lo tanto, los terminales de voltaje de modo común (el promedio de los terminales + y -) afectarán la salida.

Todos los amplificadores operacionales también tienen un voltaje de compensación de entrada que esencialmente se agrega a su voltaje de entrada diferencial cuando se calcula la salida. El offset de entrada puede ser de unos pocos microvoltios para amplificadores muy precisos, o puede ser de unos pocos milivoltios para los amplificadores operacionales más comunes. Los ADC tienen un parámetro similar que sería el desplazamiento cero, que suele ser de varios LSB.

Puesto matemáticamente, se podría modelar la salida como ...
Vout = G * (V + - V- + Vos) + C * (V + + V -) / 2
Donde ...
V + es la entrada no inversora.
V- es la entrada inversora.
C es un factor que depende de su CMRR. Sería 1/100 para 40dB de CMRR, y 1/1000 para 60dB de CMRR, etc.

Entonces, por ejemplo, si la relación de rechazo del modo común es de 60dB, vería un cambio en la medición de salida que es equivalente a 1 mV de cambio en el voltaje de entrada diferencial por cada 1 V de cambio en el voltaje de modo común.

Si su rango de voltaje de entrada es de solo unos pocos mV, entonces debe considerar la compensación de entrada y el CMRR o sus mediciones serán eliminadas por las tolerancias de los componentes.

    
respondido por el user4574
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Para probar su configuración, debe asegurarse de utilizar pares trenzados blindados, STP o UTP como mínimo.

  • diseñe una autocomprobación de bucle con salidas DAC para las entradas A y B y haga un barrido de la salida y calbirate su erro. Debe resolverse por error de ganancia y compensación.

  • luego verifique si la configuración es correcta y de acuerdo con el manual en la Fig. 41-8

Vout = (V2-V1) * Ganancia + Ref

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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