Ich möchte eine Spannung von 0-30 V mit einem MCU-ADC auslesen, der einen maximalen Eingang von 3 V hat.
Ursprünglich dachte ich an die Verwendung eines 100k-10k-Teilers (also 33V entspricht 3V), aber gemäß den Antworten auf die ADC-Eingangsimpedanz auf MCUs wird dies aufgrund des Eingangsleckstroms einen Fehler von 3% hinzufügen. Ich suche maximal 0,5% Fehler. Bei niedrigeren Werten für den Teiler besteht jedoch die Gefahr, dass die Eingänge der MCU aufgrund von Überspannung beschädigt werden (die Widerstände wirken zusammen mit den Klemmdioden am Eingang). Außerdem erhöhe ich die Verlustleistung meiner Widerstände, für die winzige 0603-Geräte ausgelegt sind 0,063 W maximal. Wie kann ich das vermeiden? nb Eingangsimpedanz ist nicht kritisch.
Ich mache mir keine Sorgen um die Abtastgeschwindigkeit. Es wird eine Batteriespannung von maximal 100 Abtastungen pro Sekunde überwacht.
Antworten:
Verwenden Sie den Spannungsteiler mit Widerständen und anschließend einen Operationsverstärker. Verwenden Sie alternativ eine Operationsverstärkerschaltung, um die Spannung zu verringern, und Sie können die Anti-Alias-Filterung in einer Stufe durchführen!
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Okay, von Ihrer Antwort auf meinen Kommentar denke ich, dass ich bei einer vollständigen Antwort hilfreicher sein kann.
Baue es!
Bauen Sie Ihren einfachen Resistive-Teiler. Dies hat viele Vorteile, denn eine Größe kostet eine andere.
Charakterisieren Sie es!
Jetzt werden Sie auch einen Mikrocontroller verwenden. Hier müssen Sie Ihren Fehler charakterisieren. Verwenden Sie einen Spannungsgenerator, der sehr genau ist. Überprüfen Sie nun die Spannungen und stellen Sie fest, welchen Fehler die uC tatsächlich misst.
Analysiere es!
Jetzt macht es Spaß. Es gibt eine Reihe von Dingen, die Sie messen können.
Genauigkeit und Präzision
Das Größte, was hier gemessen werden muss, ist, ob der Fehler an den Punkten reproduzierbar ist. WENN bei jedem Sweeping ein anderer Fehler auftritt oder wenn beim Sweeping auf einem anderen Pfad am selben Punkt ein anderer Fehler auftritt, ist dies keine Option. Dies geschieht häufig mit Ableitströmen. Das Wichtige dabei ist, dass Sie keine hohe Genauigkeit benötigen, sondern nur ein hohes Maß an Präzision. Wenn Sie Ihren Fehler charakterisieren können, kann Ihr uC ihn korrigieren. Wenn Sie eine große Varianz haben, müssen Sie Ihre Lösung ändern.Was ist eine X-Punkt-Kalibrierung?
Wenn Sie nun, wie bereits erläutert, über eine hohe Genauigkeit verfügen, können Sie mit der Korrektur der Genauigkeit fortfahren. Wenn Sie nun die Eingangsspannung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung grafisch darstellen, müssen Sie die Anzahl der benötigten "Referenzpunkte" festlegen. Schöne Geräte erlauben einen Punkt (oder Nullpunkt, keine Kalibrierung nötig). Viele Temperatursonden.
Einpunktkalibrierung
Beide Linien haben die gleiche Steigung, aber einen Versatz. Sie müssen also nur den Wert finden, den Sie zu einem Datenpunkt hinzufügen müssen, um ihn zu korrigieren. Dies ist eine ideale Situation, da für jede neue Kalibrierung nur ein einziger Datenpunkt zum erneuten Kalibrieren erforderlich ist.
Zweipunktkalibrierung
Für beide linearen Kurven, möglicherweise einen Versatz und eine Steigungsdifferenz, benötigen Sie nur zwei Referenzpunkte und eine lineare Interpolation, um Ihren Versatz zu extrahieren. Dies ist immer noch relativ einfach. Nehmen Sie einfach einen beliebigen Punkt, multiplizieren Sie ihn mit einem Skalar und fügen Sie einen Versatz hinzu.
Wie Sie sehen, wird es umso unordentlicher, je mehr Punkte Sie benötigen. Irgendwann ist es einfacher, einfach jeden Datenpunkt zu nehmen und mit dem tatsächlichen Wert zu korrelieren. Wenn Sie beispielsweise feststellen, dass 0000 1 V, 0001 2 V und 0002 1,5 V beträgt. Das ist chaotisch und funktioniert immer noch nur, wenn die Offsets wiederholbar sind. Dies kann jedoch passieren.
Fassen wir es zusammen
Ich hoffe, das hilft, sag mir, wenn du mehr Klarheit brauchst. Wenn Sie am Ende einen sich ändernden Leckstrom haben, der nicht zuverlässig ist, ist es an der Zeit, sich nur mit der Notwendigkeit eines Puffers oder Ähnlichem zu befassen.
Ich sehe die Möglichkeit eines hohen Fehlers durch Leckage, aber ich würde wetten, dass der Fehler über den größten Teil des Bereichs relativ klein ist und, wenn er vorhanden ist, leicht korrigiert werden kann.
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