Impedância de entrada ADC em MCUs

Qual é a impedância de entrada de um MCU ADC típico? Neste caso, estou trabalhando com um PIC24FJ64GA004. Não preciso de amostragem em alta velocidade - no máximo 100 amostras por segundo.

Desejo conectar um divisor resistivo a um resistor de 100k e um resistor de 10k, para que a impedância seja maior que 1M ou a impedância começará a distorcer as leituras.

Corrente de Vazamento de Entrada

Para determinar a queda de tensão dos seus resistores a partir da porta, você precisa usar a corrente de fuga da folha de dados. O microchip especifica uma "Corrente de vazamento de entrada" em suas folhas de dados. A folha de dados que procurei especifica uma corrente de fuga de entrada de 1uA. Isso poderia causar um .1V ou 100mV, que é apenas o dobro do calculado por robert, provavelmente não é um problema no seu sinal.

Agora lembre-se, se você estiver dividindo um sinal de 30V para 30/11 (2,7v) volts na leitura completa, os 100mV serão adicionados a isso, causando até 3% de erro no sinal de 30V.

Se você precisar de uma resolução de 1V, divida-a por 11 e adicione os 100mV. Este 100mV pode ser maior que o sinal de 1V.

Capacitância de entrada

Robert está correto, haverá uma capacitância, mas isso realmente especifica uma quantidade de tempo necessária para realizar a medição ADC. Isso também, combinado com a resistência de entrada escolhida, cria um filtro passa-baixo; se você deseja medir sinais com uma frequência mais alta, não poderá capturá-los.

Reduzindo o erro

A maneira mais fácil é reduzir a resistência no divisor ou amortecer o sinal. Quando você armazena o sinal em buffer, substitui a corrente de fuga dos PICs pela corrente de fuga dos amplificadores operacionais, que pode ser bastante baixa.

Esse 1uA é o pior caso, a menos que custe uma grande quantia para fazer pequenas alterações no design, fabricá-lo e testar o quão ruim é para você.

Informe-me se há algo que eu possa fazer para facilitar a leitura.

As entradas MCU ADC podem sofrer impedância de entrada variável, dependendo de a tampa de amostra e retenção estar conectada ou não ao pino. Pode valer a pena usar um amplificador operacional para armazenar o sinal em buffer. O amplificador operacional teria o benefício adicional de permitir a filtragem de frequências acima do Nyquist, o que também é uma boa prática.

Um ponto ainda não mencionado é a capacitância comutada na entrada. Muitos ADCs conectam um capacitor à entrada enquanto fazem uma medição e depois o desconectam algum tempo depois. O estado inicial desse limite pode ser a última tensão medida, VSS ou algo inconsistente. Para uma medição precisa, é necessário que a entrada não se mova quando a capacitância está conectada ou que ela salte e se recupere antes que o capacitor seja desconectado; na prática, isso significa que ou a capacitância na entrada deve estar acima de um determinado valor, ou então o tempo RC formado pela capacitância de entrada e impedância da fonte deve estar abaixo de um determinado valor.

Suponha, por exemplo, que a capacitância de entrada comutada seja 10pF e o tempo de aquisição seja 10uS. Se a impedância de entrada for 100K, não há capacitância de entrada além da capacitância do ADC, e a diferença entre a tensão da tampa inicial e a tensão a ser medida for R, a constante de tempo RC será de 1uS (10pF * 100K) , portanto, o tempo de aquisição será 10 constantes de tempo de RC e o erro será R / exp (10) (cerca de R / 22.000). Se R for a tensão de escala completa, o erro será um problema para medições de 16 bits, mas não para medições de 12 bits.

Suponha que existam 10pF de capacitância na placa, além dos 10pF de capacitância comutada. Nesse caso, o erro inicial seria cortado pela metade, mas a constante de tempo RC seria duplicada. Conseqüentemente, o erro seria R / 2 / exp (5) (aproximadamente R / 300). Apenas bom o suficiente para a medição de 8 bits.

Aumente a capacidade um pouco mais e as coisas pioram. Empurre a capacitância para 90pF e o erro seria R / 10 / exp (1) (aproximadamente R / 27). Por outro lado, se a tampa ficar muito maior que isso, o erro retornará. Com uma capacitância de 1000pF, o erro seria de cerca de R / 110; a 10.000pF (0,01uF), seria cerca de R / 1000. Em 0.1uF, seria de cerca de R / 10.000, e em 1uF, seria de cerca de R / 100.000.

Dê uma olhada na página 198 da folha de dados . Há 6-11pF no pino e 4,4pF na tampa de retenção.

Além dos pontos positivos que o supercat levantou em seu post, há uma sutileza adicional a ser observada quando você está usando um divisor de tensão sem buffer com um capacitor externo.

A transferência de carga que ocorre toda vez que você executa uma sequência de leituras do ADC, quando multiplicada por uma taxa de repetição de sequência, se torna uma corrente . O valor médio DC dessa corrente é Csamp * deltaV * f, onde Csamp é a capacitância de amostragem (não a capacitância externa!), DeltaV é a tensão entre canais de entrada sucessivos ef é a frequência de repetição da sequência (com que frequência você percorre 1 sequência completa de amostras).

Quando você possui um capacitor externo para reduzir os efeitos da transferência de carga e evitar um longo tempo de amostragem, o efeito negativo da filtragem passa-baixo é a corrente de entrada necessária para carregar o capacitor de amostragem, que aparecerá como tensão de entrada corrente de fuga dependente que causa uma tensão de compensação em toda a impedância da fonte.

Apenas para alguns números de amostra: seu divisor de tensão (100K || 10K) é de cerca de 9K e se deltaV entre os canais = 3V, Csamp = 10pF ef = 10kHz, isso causará um erro de tensão de 2,7mV ou um pouco menos que 0,1% de deltaV. Não muito, mas o suficiente para estar ciente. Você não deve usar um 1M || Divisor de tensão de 100K com taxa de repetição de sequência de 10kHz - é claro, isso é bastante rápido e, para taxas de repetição mais lentas, você não precisa se preocupar tanto.

Escrevi sobre esse e outros problemas de condução da ADC em um post no meu blog .