Будет ли эта схема АЦП работать, как задумано?

Vref
Поскольку вы используете одно и то же напряжение для резисторного делителя и Vref, показание АЦП не зависит от этого напряжения: если ваше показание АЦП равно 123 при 3,3 В, оно также будет 123 при 3,0 В. Таким образом, абсолютное значение Vref на самом деле не равно важный.

Тем не менее, желательно иметь Vref, не зависящий от других схем. В вашей схеме 3,3 В также используется для питания компаратора и АЦП. Я бы, по крайней мере, использовал RC-фильтр, чтобы получить Vref от этих 3,3 В. Как я уже сказал, фактическое значение Vref не важно, поэтому вы можете позволить себе некоторое падение напряжения на резисторе, что позволяет снизить частоту среза.

Компаратор
Ваш компаратор может не работать. Ваше опорное напряжение равно 0 В, что является самым низким напряжением в цепи. Многие компараторы имеют встроенный гистерезис, что означает, что +вход должен быть немного ниже -входа, чтобы выход снова стал низким, а вы не можете этого сделать. Используйте резистивный делитель, чтобы поднять порог немного выше, например, около 50 мВ.

Точность 1 %
Извините, но это вообще не сработает. Для диапазона 1 Ом у вас есть резистивный делитель (10 кОм + 1 Ом) | 100 кОм. 1 Ом составляет 0,01% от 10 кОм, с которыми он соединен последовательно; если вы хотите знать это с точностью до 1%, вам придется начать с знания значения 10 кОм с точностью до 1 ppm. Изменение температуры на 1 °C уже заглушит значение 1 Ω.

Кроме того, диапазон от 1 Ом до 10 МОм слишком велик для одного делителя.

Этот график показывает выход делителя относительно полной шкалы АЦП. Обратите внимание, что показания практически не изменятся между 1 Ом и 1 кОм. Даже с 22-разрядным АЦП резистор 1 Ом и резистор 1,03 Ом дадут одинаковые показания. Обратите внимание, что 22-битное разрешение не означает 22-битную точность. Прочитайте техническое описание АЦП и поймите, что 1 LSB равен 0,25 ppm. Тогда все имеет значение: например, эта 5-сантиметровая трассировка печатной платы может привести не только к ошибке LSB. 22-битный АЦП тут не поможет. Я бы использовал разные делители для каждого десятилетия.

отредактируйте обновленную схему.
У вас есть R1, R5, R7, R9 и R13, соединенные параллельно, что эквивалентно одному резистору 9 & Omega. Я хотел добавить это про ваш R1 в исходной схеме, но забыл. Это бесполезно, просто уменьшает диапазон измерения малых сопротивлений на 10 %. На графиках видно, что вы идете только до 90% FS, и за это отвечает R1. Бросьте это. Так что это касается и других, которые я подытожил.
R2 всегда будет параллелен одному из других резисторов, поэтому вам придется либо переключить его, либо удалить.

Напряжение делителя вашего резистора по-прежнему подключено к Vcc. Чтобы измерения не зависели от напряжения, его необходимо подключить к Vref.

Используемый вами Si5406 хорош: у него низкий$V_{GS(th)}$и$R_{DS(ON)}$. Обратите внимание, однако, что он имеет ток утечки до 1 мкА, что особенно искажает ваши измерения высокого сопротивления. (Это одна из вещей, которая делает точные измерения такими трудными.) Однако другие полевые транзисторы не намного лучше: даже так называемые полевые транзисторы с «малой утечкой» могут иметь значение около этого, хотя и при более высоких значениях.$V_{DS}$. Решением может быть использование герконовых реле вместо полевых транзисторов.

edit: тонкая настройка и некоторые заключительные мысли
, которые я знаю, добавление FET U10 было моим предложением, но я передумал: мы собираемся удалить его снова и использовать там фиксированный резистор 1 МОм. Это не только экономит нам часть, но и ток утечки полевого транзистора: у нас нет хорошего значения для эквивалентного резистора, который он представляет, и когда мы используем фиксированный резистор, мы знаем, что у нас есть.

Я также немного поэкспериментировал с различными делителями и обнаружил, что нам нужны только два: на 100 Ом и на 10 кОм.

Левая часть графика показывает вход АЦП относительно FS при включенном U6, средняя часть при включенном U8 и правая часть без того и другого, только с фиксированным сопротивлением 1 МОм R2.

На этом графике показана разница в показаниях АЦП при разнице значений сопротивления в 1 %. Например, резистор на 100 Ом и резистор на 101 Ом дают разницу в 10 000 отсчетов, а это более 13 бит! Даже в худшем случае для 1 Ом и 10 МОм разница составляет более 256 отсчетов или 8 бит. Это означает, что мы могли бы использовать здесь и 14-битный АЦП. Впрочем, 22-бит не так уж и плох: это сигма-дельта, который меньше страдает от шума.

Чтобы получить требуемую точность в 1%, есть некоторые вещи, на которые еще нужно обратить внимание. Во-первых, резисторы для делителя должны быть прецизионными, очевидно: 0,1 %. По-прежнему существует ток утечки полевого транзистора, который может вызвать большую ошибку в высоких значениях сопротивления. Вы упомянули цену геркона в 5 долларов, но я нашел некоторые, также в Digikey, которые стоят всего 1 доллар, и теперь вам понадобятся только два из них. Однако им нужно 5 В или, по крайней мере, 3,75 В.

Другие токи утечки. Для компаратора берите КМОП вариант, тогда входной ток смещения будет пренебрежимо мал. Но дифференциальный входной импеданс АЦП обычно составляет 2,4 МОм. Если бы это было фиксированное сопротивление, мы могли бы просто использовать его в расчетах, но оно очень неизвестно, поэтому нам лучше использовать буферный операционный усилитель CMOS для сигнала.

edit re version 4
Если вы поменяете местами входы компаратора, вам не понадобится инвертор, и подтягивающий резистор R14 также не нужен, если вы используете компаратор MCP6541, который имеет двухтактный выход.

Меня немного смущают буферы 74ABP04 для управления реле. Номера контактов не согласуются с таблицей данных , а контакты 1 и 4 выглядят как контакты включения, которых нет у '04. Я бы все равно использовал там обычные транзисторы NPN , так как они намного дешевле. Вам понадобятся только P1.2 и P1.11. Базовые резисторы 4,7 кОм дадут вам базовый ток 0,5 мА, чего достаточно для герконовых реле. Не забудьте про диоды на катушках реле.

Напряжение смещения буферного операционного усилителя действительно является проблемой. Я нашел MCP6071 , который имеет очень низкий входной ток смещения (типично 1 пА, максимум 100 пА), но напряжение смещения по-прежнему составляет 150 мкВ. Обратная связь от выхода к инвертирующему входу также должна иметь тот же импеданс, что и импеданс неинвертирующего входа, но он непостоянен. Вы можете уменьшить смещение с помощью потенциометра и высокого последовательного сопротивления, например, 100 кОм, на инвертирующем входе.

Не забудьте развязывающие конденсаторы для компаратора и источников питания АЦП.

редактировать повторную ревизию 5
Почти готово! Резисторы последовательно с реле не требуются; сопротивление катушки реле ограничивает ток, и, кроме того, последовательное сопротивление снизит напряжение катушки, так что реле может/не сработает. Я бы взял вход компаратора с буферизованного выхода, чтобы резисторный делитель видел только вход буфера. И офсетный триммер будет работать, но будет слишком чувствителен к малейшему повороту триммера. Уменьшите чувствительность, поместив резистор 470 кОм между потенциометром и инвертирующим входом операционного усилителя.

Стабилизация Vref обязательна, если вы хотите получить точные и стабильные показания. Кроме того, я не вижу там никаких развязывающих конденсаторов, но это тоже правда, я не знаю, это другая плата или просто кусок большей; все равно они нужны. Источник питания ИС может нуждаться в этом не так сильно, как датчики, поэтому следует использовать стабилизирующую ИС (например, LT1084-3.3). Что касается конденсаторов для стабилизации, вы можете добавить один параллельно с R2, но также с встречно-параллельным диодом, подойдет BAT54 (или 1N4148, в зависимости от того, какие минимальные значения ниже GND принимают микросхемы, см. их описания).