Impedância de entrada dos pinos analógicos do Arduino Uno?


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Estou usando o chip sensor de corrente baseado no efeito hall ACS712 em alguns pequenos motores de braço robótico e lendo a tensão analógica com um Arduino Uno. Eu tive resultados razoavelmente bons, mas somente depois de colocar um filtro RC na saída. No entanto, na nota de aplicação na folha de dados, ele diz para não fazer isso:

"a adição de um filtro RC à saída de um sensor IC pode resultar em atenuação indesejável da saída do dispositivo - mesmo para sinais DC".

Em seguida, fornece uma fórmula para calcular a atenuação, mas depende do conhecimento da impedância de entrada do que estiver lendo o sinal, então é isso que estou procurando aqui.

Respostas:


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Existem vários fatores aqui.

Primeiro, a impedância de entrada do ADC. O ATmega328P usa um ADC de aproximação sucessivo . Como tal, a entrada é basicamente a entrada para um comparador; portanto, o ADC possui uma impedância de entrada muito alta.

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O ADC é especificado como tendo uma impedância de entrada de 100 MΩ (que é MegaOhm).
No entanto, isso parece um pouco suspeito para mim. Juntamente com o fato de não haver vazamento de entrada analógica especificado, eu acho que essas são as características elétricas apenas do ADC, e não do ADC, juntamente com toda a estrutura de pinos de E / S. Suponho que as linhas de ADO IO que são compartilhadas com as entradas / saídas digitais tenham muito mais corrente de fuga (1 uA dos documentos) do que as linhas de entrada / saída que são apenas analógicas (50 nA, assumindo que o comparador SAR seja semelhante ao comparador analógico topologia de entrada).


No entanto, há outra consideração aqui, que é a razão pela qual Atmel especifica a impedância da fonte <10 KΩ:
Capacitância de entrada

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Basicamente, as conexões de entrada para o ADC dentro do chip, após o multiplexador, ter alguma capacitância. Se você olhar o circuito equivalente para a entrada ATmega ADC:
insira a descrição da imagem aqui

Você pode ver como é a entrada.

O problema com altas impedâncias de fonte surge quando você alterna o multiplexador de entrada de um pino para outro. Se você tiver duas entradas, uma em 0,5V e outra em 4,5V, quando você alterna de uma para a outra, a entrada precisa carregar (ou descarregar) esse capacitor de 14 pF.

Se a fonte do sinal tiver uma impedância muito alta, ter que carregar o capacitor pode causar uma queda temporária na tensão de entrada. Se o ADC converter na entrada enquanto ainda estiver carregando o capacitor, você obterá um valor incorreto.

Provavelmente, isso pode ser resolvido deixando a entrada do ADC se estabilizar por um período de tempo após a troca dos canais do ADC, mas a melhor maneira de lidar com isso é simplesmente garantir que a fonte de entrada possa carregar a capacitância rápido o suficiente para que não seja um problema.



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Sei que essa é uma pergunta antiga, mas como alguém "simplesmente garantiria que a fonte de entrada possa carregar a capacitância rápido o suficiente para que isso não seja um problema"?
precisa

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@RubberDuck - Se sua entrada for de impedância alta ou desconhecida, coloque-a em buffer, usando algo como um amplificador operacional configurado como um seguidor de tensão de ganho de unidade .
Connor Lobo

+1 para "Existe capacitância aqui". Agora eu entendo isso.
eiver

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A folha de dados não é totalmente clara.

http://www.atmel.com/images/atmel-8271-8-bit-avr-microcontroller-atmega48a-48pa-88a-88pa-168a-168pa-328-328p_datasheet_complete.pdf

(24.6.1) A página 244 declara: "O ADC é otimizado para sinais analógicos com uma impedância de saída de aproximadamente 10 kΩ ou menos. Se essa fonte for usada, o tempo de amostragem será insignificante."

É o mais próximo de tudo que já encontrei na ficha técnica que fala sobre a impedância do ADC.


Se você precisa de um valor exato, 100MΩ está listada na Tabela 29-15, na página 310.
Brian Gordon

Ele chama isso de "Resistência de entrada analógica" - Então, cobrando uma tampa de 14 pF por isso? Melhor ter algo no front end, eu diria. Uso 0,01 caps para tensões CC que não mudam rapidamente.
SDsolar 25/05
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