diod.club diod.club
Проектирование, изготовление, ремонт и обслуживание электроники
 Помощь   


 Страниц (1): [1]   

> Описание: плохая стабильность ИОН во время работы АЦП
patsay
  Отправлено: 27 Марта, 2017 - 01:56:47
Post Id
Newbie  (10)
Откуда: L'viv, Ukraine
Репутация: 0

Если кто знает - посоветуйте хорошего спеца по силабовским 8-битным МК. Почти месяц мучаюсь с внутренним ИОН C8051F410. Вроде все делаю по ДШ - на выход Vref подключил два керамических кондера (0.1 и 10 мкФ). Активировал внутр. опору, меряю напряжение на ней - все ОК, стоит как вкопанная. НО, когда запускаю АЦП (каждые 0.5 с МК делает 1-4 тыс. измерений, усредняет и выдает результат по UART) - напряжение на опоре ощутимо дергается с частотой 2 Гц (ориентировочно +-5-10 мВ). Получается, что АЦП "портит" мне опору (она еще в схеме используется, но через повторитель на ОР07 и поэтому потребление ничтожное) - в чем причина этого глюка? Неужели АЦП так нагружает внутреннюю опору, что приводит к ее просадке/шуму? И как с этим бороться? Проблема именно в АЦП - сперва грешил на UART, но он здесь оказался не виноват.
Спрашивал на зарубежном форуме (http://community.silabs.com/t5/8...ght/false#M47362 ) - толку нету.

(Отредактировано автором: 27 Марта, 2017 - 22:55:23)

Леонид Иванович Администратор
  Отправлено: 28 Марта, 2017 - 15:33:18
Post Id
Super Member  (658)
Откуда: Minsk
Репутация: 24

Именно по силабовским не скажу, но подобный эффект наблюдал на внешних АЦП. Современные АЦП имеют на входе УВХ, через ключ во время выборки емкости подключаются ко входу, затем в процессе преобразования - к опорному напряжению. Средний входной ток АЦП и среднее потребление по входу опорного напряжения может быть заметным. Как-то по глупости включил в цепь опорного RC-фильтр с резистором 10 Ом. Показания АЦП зависели от частоты выборок, так как проседало среднее значение опорного напряжения. Выход - использовать буферивованное внешнее опорное напряжение. Про входной ток АЦП писал тут.
patsay
  Отправлено: 28 Марта, 2017 - 17:06:04
Post Id
Newbie  (10)
Откуда: L'viv, Ukraine
Репутация: 0

Спасибо. Я был уверен, что конденсаторы, подключаемые на выход внутреннего ИОН, полностью компенсируют "потери" его напряжения во время преобразования. Попробую увеличить суммарную емкость.
Леонид Иванович Администратор
  Отправлено: 29 Марта, 2017 - 20:06:49
Post Id
Super Member  (658)
Откуда: Minsk
Репутация: 24

Конденсаторы даже в теории не могут компенсировать. Они лишь могут усреднить ошибку. При бесконечно большой емкости ошибка опорного напряжения будет равна среднему входному току входа REF АЦП, умноженному на выходное сопротивление ИОН.
patsay
  Отправлено: 30 Марта, 2017 - 01:15:39
Post Id
Newbie  (10)
Откуда: L'viv, Ukraine
Репутация: 0

Это понятно, под "полностью компенсировать" я имел в виду, что рекомендуемые в ДШ емкости конденсаторов гарантированно обеспечат необходимую стабильность опорного напряжения во время АЦП (при максимальной частоте дискретизации и минимальной длительности выборки) и не приведут к ошибке, более чем 1/2 LSB. У меня же получается, что колебания опорного напряжения доходят до +-0,5% от его номинального значения.
Правда почему-то разброс результатов АЦП при фиксированном значении напряжения на входе не превышает +-0,05-0,1% (как по мне это вполне сносно для 12-битного АЦП). Вероятно все результаты имеют систематическую погрешность, которая автоматически учитывается при калибровке и поэтому я ее просто не замечал. Теперь, когда возникла необходимость в опорном напряжении в схеме еще для других нужд, я решил просто взять его с выхода REF МК (через буферный ОУ) наивно полагая, что его стабильность будет не хуже - и тут такая засада!
patsay
  Отправлено: 03 Апреля, 2017 - 13:45:46
Post Id
Newbie  (10)
Откуда: L'viv, Ukraine
Репутация: 0

Решил проблему. Может кому-то пригодится. Сверху - то, что было (зашумленный ИОН), снизу - как решил проблему.
Прикреплено изображение (Нажмите для увеличения)
ref_noise5.JPG
Леонид Иванович Администратор
  Отправлено: 03 Апреля, 2017 - 20:08:33
Post Id
Super Member  (658)
Откуда: Minsk
Репутация: 24

Насколько я понимаю, буфер на входе АЦП на ИОН не влияет. Отличие схем только в наличии ФНЧ перед повторителем ИОН. Интересно, как сильно будет отличаться опорное напряжение на выходе повторителя при работе АЦП и при остановленном АЦП?
patsay
  Отправлено: 03 Апреля, 2017 - 21:15:24
Post Id
Newbie  (10)
Откуда: L'viv, Ukraine
Репутация: 0

[quote=Леонид Иванович][/quote]

Буфер поставил для повышения точности АЦП - стало лучше, но не так чтобы кардинально. Правда пришлось наново калибровать. А вот стабильность опорного напряжения (после операционника) улучшилась существенно - теперь разница малозаметна и во время АЦП флуктуации напряжения ИОН такие же, как без АЦП, ну может есть дополнительный +-1 мВ - трудно определить.

(Отредактировано автором: 03 Апреля, 2017 - 21:19:50)

patsay
  Отправлено: 05 Апреля, 2017 - 14:33:46
Post Id
Newbie  (10)
Откуда: L'viv, Ukraine
Репутация: 0

Решил на будущее перейти на внешний ИОН. Вопрос: как правильно подать буферизованное внешнее опорное напряжение на вход МК? Частота дискретизации и длительность УВХ всегда одинаковые (в рамках одного устройства). В общем вижу 3 варианта:
1 - непосредственно подключить выход буфера на вход REF МК (в некоторых схемах видел, что у буфера между выходом и инв. входом подключают резистор с конденсатором - подвариант 1' - не знаю, когда нужно именно так делать);
2 - подключить еще дополнительный конденсатор (не уверен в устойчивости работы ОУ);
3 - подключить RC между буфером и входом REF - тут как бы аналогия с подачей измеряемого напряжения на вход АЦП (я так понял, что Леонид Иванович это не одобряет - делал только раз и то по глупости Улыбка).

Так как же правильно и оптимально (метрологически) подключать внешний ИОН?
Прикреплено изображение (Нажмите для увеличения)
ext_ref.jpg
Леонид Иванович Администратор
  Отправлено: 05 Апреля, 2017 - 16:19:04
Post Id
Super Member  (658)
Откуда: Minsk
Репутация: 24

1 - нормальный вариант, на нем можно и остановиться.
1' - резистор может иметь смысл, если источник сигнала обладает значительным выходным сопротивлением. Тогда этим резистором выравнивают сопротивления на входах ОУ и устраняют погрешность, связанную с входными токами. Но обычно ИОН имеет низкое выходное сопротивление, поэтому такой резистор не нужен.
2 - ОУ может стать неустойчивым при работе на емкость. Тогда нужно добавить на выход снаббер, или изолировать емкость от выхода ОУ резистором, а обратную связь по постоянному току взять с емкости. Но все это обычно лишнее.
3 - как и вариант 1, имеет право на жизнь. Вообще говоря, это самый лучший вариант, только надо правильно выбрать R и С. Задача R в данной схеме - изолировать выход ОУ от емкости. В том числе, от емкости УВХ АЦП. При ее подключении в процессе преобразования на выходе ОУ может появиться нехороший переходной процесс. С RC-цепочкой он может быть уменьшен. Но резистор должен быть малым, чтобы средний ток потребления входа REF вызывал ошибку меньше 1 LSB. Здесь можно руководствоваться теми же критериями, что и при выборе входной RC-цепочки АЦП. Можно развести эту цепочку, а ставить резистор или перемычку (тогда приходим к варианту 1) - решить по ходу.
patsay
  Отправлено: 05 Апреля, 2017 - 16:51:43
Post Id
Newbie  (10)
Откуда: L'viv, Ukraine
Репутация: 0

Спасибо - буду экспериментовать
(Добавление)
Немного поигрался с различными вариантами и самые лучшие результаты получились когда вообще без буфера. Взял опорник LT1009 на 2.5 В (схема: 3.3V - 510R - LT1009 + конденсаторы 0.1+10 uF). Критерием оптимальности был минимальный разброс результатов 2500 (100 порций по 25) измерений на максимальной частоте АЦП (3 МГц, что соответствует 200 ksps) при входном стабильном сигнале 10, 50 и 90% от размаха шкалы АЦП. Вероятно из-за низкого выходного сопротивления этого ИОН нету смысла подключать еще и буфер. Любой из 4 упомянутых буферов при добавлении между ИОН и МК давал небольшое увеличение разброса результатов. Наименьший прирост шума давал вариант 1, наибольший - вариант 2 (но если емкость меньше 100 пФ, то соизмеримо с вар. 1).
Если сравнивать глобально, то внешний ион значительно лучше внутреннего. Внутренний в среднем давал разброс результатов в каждой порции (по 25) +-4-5 единиц АЦП. А с внешним ИОН средний разброс +-1-2 единицы АЦП.
Вывод очевиден - для измерений на C8051F410 желательно использовать внешний ИОН. А если опорное напряжение в схеме нужно и для других нужд, то подходит только вариант с внешним ИОН. В этом отношении ДШ явно врет - там написано, что можно без проблем использовать выход REF (есть только ограничение по нагрузочному току в 200 мкА). Вот такие пироги... Спасибо Леониду Ивановичу за помощь.

(Отредактировано автором: 09 Апреля, 2017 - 00:49:36)

Страниц (1): [1]
Сейчас эту тему просматривают: 1 (гостей: 1, зарегистрированных: 0)
« Обмен опытом »


Все гости форума могут просматривать этот раздел.
Только зарегистрированные пользователи могут создавать новые темы в этом разделе.
Только зарегистрированные пользователи могут отвечать на сообщения в этом разделе.
 




Powered by ExBB
ExBB FM 1.0 RC1 by TvoyWeb.ru
UaExBB Style

[Script Execution time: 0.0172]     [ Gzip Disabled ]