Требуемый выходной импеданс для входа АЦП?

На случай, если вам интересно, почему входное сопротивление составляет 100 МОм, а рекомендуемый импеданс для управления входом составляет 10 кОм: На следующей диаграмме показан вход аналого-цифрового преобразователя ATmega328P:

Как описал KyranF, задача вашей внешней схемы состоит в том, чтобы гарантировать, что конденсатор выборки C _{S / H} заряжается до напряжения, которое находится в пределах некоторого процента от входного напряжения в течение времени выборки. Процесс зарядки замедляется из-за сопротивления вашего источника напряжения и сопротивления схемы между выводом ADCn и конденсатором выборки, здесь показанным как «1..100 кОм».

(Эти «1..100 кОм» - это широкий диапазон, и мне было бы интересно, каков этот диапазон на самом деле.)

На схеме не показаны дополнительные малые емкости, связанные с мультиплексором. И _RAIN также опущен, так как он незначителен по сравнению с I _IH и I _IL (макс. 1 мкА).

Рекомендация, чтобы ваш источник напряжения был меньше 10 кОм, по сути, говорит о том, что мы не хотим, чтобы сопротивление источника значительно замедляло зарядку C _SH (и любых других емкостей) по сравнению с уже присутствующим сопротивлением и относительно времени выборки. . (Однако «1..100 кОм» не подтверждает это очень строго.)

Глядя на это с другой точки зрения, предполагаемое входное сопротивление выводов АЦП «100 МОм» — это еще не все. R _AIN параллелен I _IH и I _IL , которые при выборе также параллельны нагрузке «1..100 кОм последовательно с нагрузкой 14 пФ».

В том смысле, что 100 МОм || я _ИХ || I _IL представляет всю полноту характеристик постоянного тока , это допустимо, но это не важная часть нагрузки для целей нашего проектирования. Нам нужно спроектировать для управления частью нагрузки переменного тока «1..100 кОм с 14 пФ» переменного тока , что, по словам Атмела, лучше всего сделать с сопротивлением источника 10 кОм.

(Обратите внимание, что в обсуждениях термин «импеданс» может подразумевать или не подразумевать, что ожидаются нерезистивные характеристики переменного тока, и иногда используется там, где на самом деле подразумевается «сопротивление».)

[Редактировать -- потому что это оказывается весьма интересным...]

Добавление приблизительного времени выборки и удержания:

При R = 100 кОм и C = 14 пФ постоянная времени RC (TC) составляет 1,4 мкс.

Для ATMega время S/H составляет 1,5 периода тактовой частоты АЦП. Для частоты АЦП среднего диапазона 100 кГц время S/H составляет 15 мкс. Так что это чуть больше 10 тк.

Напряжение на конденсаторе стабилизируется в пределах 37 % от его конечного значения за одну постоянную времени, 5 % за 3 TC, 1 % за 5 TC и 0,1 % за 7 TC (соответствует +/- 1 биту 10-битного разрешения) .

Вы можете видеть, что удвоение входного сопротивления R до 200 кОм или удвоение тактовой частоты аналого-цифрового преобразователя ухудшает разрешение. Но изменение входного сопротивления R с 10 кОм до 1 кОм не приносит нам особой пользы... хотя может быть полезно по внешним причинам, например, более низкая чувствительность к соседним зашумленным сигналам.

Надеюсь, это поможет.

Как определить идеальный выходной импеданс для работы с АЦП?

Читая даташит. Вы даже процитировали раздел, который дает вам этот ответ на блюдечке с голубой каемочкой: АЦП оптимизирован для аналоговых сигналов с выходным сопротивлением примерно 10 кОм или меньше.

Таким образом, ответ заключается в том, чтобы подавать на него сигнал с импедансом 10 кОм или меньше.

Внутренний конденсатор дискретизации периферийного устройства АЦП в ATmega328P вашего Arduino Uno должен заряжаться, поэтому вы можете правильно его сэмплировать? Ну, в этом случае внутренний резистор (входное сопротивление) был задан как 100 МОм. Конденсатор необходимо заряжать от аналогового источника с сопротивлением <= 10 кОм, чтобы он был достаточно заряжен, готовый к выборке. Если вы заряжаете конденсатор слишком медленно, у вас будет ошибка весов/ложные показания.

Вполне возможно, что если у вас очень медленный/слабый аналоговый вход, вам следует поставить буферный операционный усилитель напряжения с единичным коэффициентом усиления и найти такой с чрезвычайно низким напряжением смещения/током смещения и достаточно высокой пропускной способностью/скоростью нарастания (чтобы он не t влияет на ваш сигнал как можно лучше), с выходным резистором 5-10 кОм, чтобы достаточно быстро управлять входами АЦП.

Каждый микроконтроллер, который имеет внутреннюю периферию АЦП, и множество специализированных ИС АЦП отличаются друг от друга, и все они требуют особого внимания к подобным вещам, поэтому хорошо, что вы читали об этом и задавали вопросы об этом.

Входы АЦП емкостные. Как вы знаете, конденсатор в основном представляет собой разомкнутую цепь, поэтому входное сопротивление — это сопротивление (среди прочего) изолятора конденсатора. Он должен быть высоким, как и ожидалось :)

И вот почему сопротивление постоянному току не имеет большого значения, потому что поведение входа меняется со временем: конденсатор отключается от входа, а затем снова подключается, и вход должен обеспечивать достаточный ток для зарядки конденсатора в временном окне, указанном в техническая спецификация.

Таким образом, в техническом описании дискретного АЦП вы должны найти эквивалентную входную схему, чтобы определить емкость выборки, и временную характеристику АЦП, чтобы определить продолжительность фазы выборки. Выходное сопротивление вашей схемы должно привести этот конденсатор к достаточно точному напряжению в фазе выборки, когда конденсатор подключен к вашему выходу. Количество RC-постоянных времени, где R — выходное сопротивление, а C — емкость дискретизации, которое должно соответствовать фазе дискретизации, линейно зависит от искомой точности, выраженной в логарифмической шкале (например, число битов точности).

Если Iih и Iil имеют максимальное значение 1 мкА, то источник 10 кОм может вызвать ошибку 10 мВ в таком наихудшем случае. Если использовать внутренний вареф, то это примерно 10 LSB, что очень много. Вы можете добавить шунтирующий конденсатор, скажем, 0,1 мкФ на землю, если полоса пропускания вашего сигнала очень мала, например, при измерении уровней постоянного тока, но если сопротивление вашего источника велико, вам понадобится буфер, чтобы обеспечить более низкое сопротивление источника.