Почему источник с высоким импедансом на входе АЦП вызывает ошибку?

Вот простая модель, показывающая, как ведет себя АЦП:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Вот вам и исходник($V_{\text{Analog}}$) и его сопротивление ($R_{\text{Source}}$). А также внутреннюю модель АЦП с переключателем, который открывается и закрывается каждый период выборки, и импедансом АЦП, который является комбинацией$R_{\text{ADC}}$,$C_{\text{Hold}}$и ток утечки.

АЦП также имеет регистр последовательного приближения (SAR), который выполняет двоичный поиск для преобразования аналогового значения напряжения в двоичное число.

Вернемся к вашему вопросу. Когда ключ замкнут, конденсатор,$C_{\text{Hold}}$, начинает заряжаться, и время, которое это займет, зависит от импеданса и значения емкости.

Если пренебречь утечкой ни на секунду и прибегнуть к известному уравнению заряда конденсатора, то получится:

Где$\tau=(R_{\text{Analog}}+R_{\text{ADC}})C_{\text{HOLD}}$

Время, необходимое для полной зарядки конденсатора, составляет около 5$\tau$. При этом возникает проблема, когда времени выборки недостаточно для полного заряда конденсатора.

Например, скажите, что ваши образцы АЦП ($T_s$) каждую 1 мс и учитывайте импеданс источника$R_{\text{Analog}}$быть очень маленьким по сравнению с$R_{\text{ADC}}$. В этом случае имеет смысл приблизить$\tau$быть:

И просто чтобы составить число, скажем, после подстановки значений для$R_{\text{ADC}}$и$C_{\text{HOLD}}$,$\tau$оказывается:

Так как время выборки больше 5$\tau$, этого достаточно для полной зарядки конденсатора, и ваш АЦП должен зафиксировать правильное значение. В период выборки переключатель размыкается.

Теперь, когда импеданс вашего источника начинает увеличиваться,$\tau$. Скажите импеданс вашего источника,$R_{\text{Analog}}$увеличивается так, что теперь вы не можете пренебречь этим и сказать, что это приводит к$\tau=1\text{ms}$. При этом условии ($\tau=T_s$), каждый раз, когда вы семплируете, значение конденсатора будет составлять примерно 63% от фактического значения аналогового источника. Это приведет к неправильному измерению.

Речь идет о том, чтобы дать ему достаточно времени для зарядки удерживающего конденсатора, а импеданс источника по мере его увеличения не позволяет вам это сделать.

Активные датчики иногда вызывают ошибки из-за ;
- электромагнитные помехи, вызванные несбалансированным сопротивлением 2 длинных проводов
- дифференциальное напряжение с 1 стороны в качестве общей земли, смещенное другими источниками
- паразитный шум, неравномерно связанный с дифференциальным входом или
- отсутствие помехоподавляющей емкости.
- отсутствие экранированной витой пары

Когда «дешевый» АЦП измеряет напряжение сигнала, берется импульс тока, который может дать ошибку. Это происходит, когда источник сигнала имеет относительно высокий импеданс (обычно несколько кОм). Взгляните на техпаспорт АЦП, который вы используете, и забудьте о статических токах утечки, а сосредоточьтесь на том, что DS сообщает вам о «всплеске» тока, который он может принять при выборке напряжения сигнала.

Размещение операционного усилителя между сигналом и АЦП значительно решает эту проблему, потому что операционный усилитель может иметь входное сопротивление, которое составляет десятки МОм, в то же время он может подавать десятки мА на АЦП, когда он производит выборку, таким образом, конденсатор выборки и хранения ( внутри АЦП) полностью заряжается до напряжения сигнала.