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單片機讀取外部電壓ADC阻抗匹配的問題解析
  • 發布時間:2021-05-31 12:42:43
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單片機讀取外部電壓ADC阻抗匹配的問題解析
單片機的基準電壓一般為 3.3V,如果外部信號超過了 AD 測量範圍,采用電阻分壓是最為簡單的一種方法,然而很多時候你會在阻抗匹配的問題上“踩坑”。比如,SMT32 的模數輸入阻抗約為 10K,如果外接的分壓電阻無法遠小於該阻值,則會因為信號源輸出阻抗較大,AD 的輸入阻抗較小,從而輸入阻抗對信號源信號的電壓造成分壓,最終導致電壓讀取誤差較大。這樣的情況會導致你測量電壓的時候,發現有些電壓點好像測的挺準,而有些電壓點測量的偏差卻又很大。
單片機讀取外部電壓ADC阻抗匹配
考慮阻抗匹配的問題,對於使用單片機讀取外部信號電壓,外接分壓電阻必須選用較小的電阻,但在對功耗有要求的情況下,你不得不選用大阻值的電壓分壓後,這時候則需要使用電壓跟隨器進行阻抗匹配(電壓跟隨器輸入阻抗可達到幾兆歐姆,輸出阻抗為幾歐姆甚至更小)。如果信號源的輸出阻抗較大,可采用電壓跟隨器匹配後再接電阻分壓。
當然,你也可以選擇外置的 ADC 芯片,但是在選型時,要留意其類型(SAR 型、開關電容型、FLASH 型、雙積分型、Sigma-Delta 型),不同類型的 ADC 芯片輸入阻抗不同。常見的 Sigma-Delta 型是目前精度最高的 ADC 類型,也屬於開關電容型輸入,其所需要注意的問題相對比較多—
a.測量範圍問題:SigmaDelta型ADC屬於開關電容型輸入,必須有低阻源。所以為了簡化外部設計,內部大多集成有緩衝器。緩衝器打開,則對外呈現高阻,使用方便。但要注意了,緩衝器實際是個運放。那麽必然有上下軌的限製,大多數愛衝器都是下軌50mV,上軌AVCC-1.5V。在這種應用中,共英輸入範國大大的縮小,而且不能到測0V,一定要特別小心!一般用在電橋測量中,因為共模範圍都在1/2VCC附近,不必過分擔心緩衝器的零票,通過內部校零寄存帶很容易校正的;
b.輸入端有RC濾波器的問題:SigmaDelta型ADC屬於開關電容型輸入,在低組源上工作良好,但有時候為了抑到共模或柳利乃辛斯特須率外的信號,需要在輸入端加RC濾波器,一般DATASHEET上會給一張最大允許輸入阻抗和C和Gain的關係表,這時很奇怪的一個特性係,C越大,則最大輸入陽統必須隨之減小!剛開始可能很多人不解,其實隻要想一下電容充電特性久很容易明白的,還有一個折表的辦法是,把C取很大,遠大於幾百萬倍的采樣電容CS(一般4-20PF)則輸入等效純電用分壓誤差可以用GainOffset態存器校正。
c.運放千萬不能和SigmaDelta型ADC直連!前畫說過,開關電容輸入電路電路而期用采樣電容從輸入端采樣,每次和運放並聯的時候,會呈現低阻,和運放輸出阻統分壓,造成電壓下降,負反饋立刻開始校正,但運放壓擺率(SlewRate)有限,不能立刻響應,於是造成瞬間電壓跌落,取樣接近完畢時,相當於高阻,遠放輸出電壓上升,但壓擺率使運放來不及校正,結果是過衝。而這時正是最關鍵的采樣結束時刻。所以,運放和SD型ADC連接,必須通過一個電用和電容連接(接成低通)。而RC的關係又必須服從datasheet所述規則。
d.差分輸入和雙極性的問題:SD型ADC都可以差分輸入,都支持雙極性輸入。但這裏的雙極住並不是指可以測負壓,而是Vi+Vi-兩腳之間的電壓,假設Vi-接AGND,那麽負壓測星範圍不會超過-0.3V。正確的接法是Vi+Vi-共模都在-0.3-VCC之間差分輸入。一個典型的例子是電橋。另一個例子是Vi接Vref Vi+對Vi的電壓允許雙極性輸入
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