Нетрадиционное включение опорного источника позволяет АЦП измерять собственное напряжение питания

Maxim MAX6025 MAX1087

Björn Starmark, Orville Buenaventura, Sören Käck

EDN

Если АЦП используется для контроля напряжения системного источника питания, можно столкнуться с ситуациями, в которых напряжение питания превышает опорное напряжение АЦП (Рисунок 1). Однако входное напряжение АЦП не может превышать его опорного напряжения. Чтобы привести напряжение питания к входному диапазону АЦП, можно использовать внешний резистивный делитель, но даже при допуске 0.1% резисторы будут вносить неприятные ошибки. Для решения этой проблемы можно исключить из схемы делитель, соединив вход опорного источника АЦП с его источником питания и подключив один из входов АЦП к выходу прецизионного источника опорного напряжения, – в данном случае 2.5-вольтовой микросхемы MAX6025A (Рисунок 2).

Точный резистивный делитель приводит напряжение источника питания к диапазону входных напряжений этого АЦП, но вносит ошибки измерения.
Рисунок 1. Точный резистивный делитель приводит напряжение источника питания к диапазону
входных напряжений этого АЦП, но вносит ошибки измерения.

В такой конфигурации АЦП измеряет напряжения на своих входах относительно напряжения источника питания. Используя оцифрованное опорное напряжение в качестве эталона, контроллер системы вычисляет отношение опорного напряжения к напряжению источника питания и корректирует результаты измерений на остальных входах. Вход внешнего опорного источника АЦП должен допускать подключение напряжения, равного напряжению его источника питания, а любой шум на шине питания искажает измерения во всех каналах. Поэтому для снижения шума шины питания в среде с электрическими помехами может потребоваться добавление фильтра нижних частот, обеспечивающего дополнительную развязку с АЦП.

Чтобы исключить из схемы резистивный делитель, нужно подключить вход опорного напряжения АЦП к его источнику питания и измерять напряжение на выходе прецизионного опорного источника.
Рисунок 2. Чтобы исключить из схемы резистивный делитель, нужно подключить вход
опорного напряжения АЦП к его источнику питания и измерять напряжение на
выходе прецизионного опорного источника.

Материалы по теме

  1. Datasheet Maxim MAX1087
  2. Datasheet Maxim MAX6025

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Rearranged reference helps ADC measure its own supply voltage

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

MAX6025 Купить ЦенаКупить MAX6025 на РадиоЛоцман.Цены — от 110 до 9 941
19 предложений от 19 поставщиков
Источник опорного напряжения: 2.5В, 0.2%, тип Series Тип корпуса : SOT-23-3 Тип схемы включения : Series Выходное напряжение В: 2.5 Начальная...
Триема
Россия
MAX6025AEUR-T
Maxim
110 ₽
ЭИК
Россия
MAX6025BEUR+T
Maxim
155 ₽
Десси
Россия
Источник опорного напряжения MAX6025AEUR+
Maxim
499 ₽
Океан Электроники
Россия
MAX6025ESA
Maxim
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Вроде просто, но замысловато. Логика автора, видимо, такая: допустим, на входе AIN1 АЦП намерял 711 отсчетов. Тогда зная, что MA1087 имеет 10 разрядов, а на один разряд приходится 2,5/711 = 3,52 мВ, напряжение питания VDD равно 3,52*1024=3.6 В. Какое-то решение задачи от обратного. А вот это место особенно настораживает: Но ведь смысл ИОН в том, чтобы нивелировать нестабильность и шумы питания. В схеме рис. 2 само опорное напряжение будет измерено неправильно, если питание так себе. И получается, что автору кроме ИОН требуется и стабилизатор питания с близкими к ИОН характеристиками. И все потому, что ему не нравятся точные резисторы.
  • Делал похожий финт ушами - у STM32F103C8T6 нет отдельного входа для подачи опоры - в качестве него просто используется питании проца, а питание у меня - батарейка, которая проседает до 3В, т.е опора так себе :) Обмеряю встроенный референс (который знаю - 1,2В) и внешний сигнал (который не знаю), далее зная фактическое значение референса нахожу значение питающего напряжения (то бишь опоры) и найдя его вычисляю внешний сигнал. Работает отлично, правда времени у меня вагон, поэтому я делаю 512 замеров с усреднением как по референсу, так и по внешнему сигналу.
  • Да, это известная проблема с STM32F103 в 48ми выводном корпусе. Сам грешным делом не раз думал поступить как Вы. Но заводской разброс внутреннего Vref_int от 1.16В до 1.24В с температурным дрейфом 10мВ во всем диапазоне (у меня получилось намерять 20мВ) меня остановили. Хотя это и неплохие характеристики по сравнению с теми же AVR. Но много мороки с калибровками на каждом изделии копеечной цены, как по мне. Поэтому с STM32F103C8T6 стараюсь использовать хорошие стабилизаторы из серии "почти прецизионных", а один раз запитывал такой МК от ИОНа, который держал нагрузку 20-30мА без существенной просадки. Ну и обязательно на VDDa как рекомендует автор статьи: И питание. Батарейное - хорошо, а если от сетевого источника (или есть USB связь с ПК без гальванической развязки), то порождается ряд проблем с помехами, если говорить об усилителях и датчиках: тензо-, пьезо-, резистивных и т.д.
  • Ну я не настолько крут, чтобы изготавливать серийные изделия (я без сарказма говорю), а так в поделках для себя -лишь показал, что это возможно. Внутренняя опора конечно не супер, но если ее предварительно обмерить(откалибровать) и работать только в помещении с более-менее постоянной температурой, то наверное не всё так страшно. Кстати я делаю киловольтметр, разброс у гигаомных резисторов с Алиэкспресса (для делителя) я даже не знаю какой :) Ну и для средненького вольтметра 1% погрешности по шкале это нормально. Если я уложусь даже в 5% меня это устроит.
  • С киловольтметром осторожнее. Если уж делитель - лучше поищите на рынке отечественных резисторов. Такие большие зеленые, но не проволочные ПЭВ, а напыление на керамике. Типа Р1-35 или что-то подобное. А если точности 5% хватает, что можно и электростатический киловольтметр купить на барахолке. Это мне год назад за 500р предлагали С197, [URL="https://rhs.com.ru/kilovoltmetr-s197"]вот такой[/URL]. Но я замешкался и не купил.
  • Китайцы делают подобные резисторы: на фото наши КЭВ-1 и китайский ноунейм. Конструкция и размеры одинаковые, но китаец держит аж целых 5Вт :) (продавец уверяет что это RI80, но у меня сомнения, потому что если верить даташиту который смог найти на RI80 - это даташит от фирмы TOKEN - по нему 5-ваттный должен быть длиной 100 мм, а мой только 50 мм). [IMG]https://b.radikal.ru/b08/2009/22/6da6d05a019e.png[/IMG] Он вроде постоянку не меряет. Да и хочу чтото посимпатичнее по форме жезла -чтобы было безопаснее тыкаться в горячие точки. [IMG]https://b.radikal.ru/b29/2009/0b/014a9e9ed94f.jpg[/IMG]
  • Вообще рабочее напряжение резисторов зависит от мощности, т.е. грубо говоря от размеров. У меня есть старые ВС, там для 2Вт - 1кВ, для 10Вт - 3кВ. Но у ВС максимум сопротивления 10МОм, по-моему. А двухваттные ВС как раз 50мм длиной. Вот такие [url]http://l7805cv.ru/handbook-res-VS.html[/url]. Просто они похожи на КЭВ, хоть в разы проигрывают по напряжению. Грубо говоря по длине должно быть не меньше 10-15мм/кВ. Все что меньше по размерам, но заявлено выше по напряжению и мощнее - в каком-то смысле обман, но Вы это понимаете :-)
  • Для КЭВ-1 дают предельное 10 кВ для резистора мощностью 1 Вт, но им сто лет в обед, все-таки технологии вперед ушли, так что я верю, что китайский такой же длины (хрен с ним с мощностью) тоже должен держать хотя бы 10 кВ. Тут другая проблема, как этот делитель откалибровать...Для приемлемой точности нужно подать хотя бы несколько киловольт, но где их взять?
  • Ну тут вариантов много. Самый очевидный - найти у кого-нибудь лабораторный высоковольтный источник, таковые выпускаются с незапамятных времён и используются для разных задач, например для питания ФЭУ. Но нужно кликнуть "по городам и весям". Или очень точно померять резисторы. Если точный прибор не вариант, то можно придумать мостовую схему. Правда с такими сопротивлениями сигнал в диагонали нужно будет усилить каким-нибудь инструментальным усилителем с огромным входным сопротивлением. И говоря об усилителе - если Вы планируете подогнать выходное напряжение делителя под диапазон АЦП, то перед АЦП будет(?) стоять какой-то повторитель/буфер. Тогда что мешает откалибровать по усиленному в n-раз сигналу, подав на делитель относительно небольшое напряжение. Только ОУ должен быть хорошим, с большим входным, точно заданным КУ, ничтожным смещением и т.д. А также нужно [B]не забывать про утечки при таких высоких напряжениях, паразитные емкости[/B], а вследствие минимальные зазоры. Словом требования и нормы разработки РЭА. И, я могу ошибаться, сами высокоомные резисторы могут вести себя нелинейно с ростом напряжения/частоты. Это дополнительно нужно выяснять.
  • Измерить Гигомы нечем, знакомых с источниками питания ФЭУ тоже нет :( Видимо так и придется калибровать - подаем на вход делителя вольт 300 (выпрямленное из розетки), получим 15 мВ на выходе делителя, в принципе хорошим мультиметром можно измерить с приемлемой точностью. Да, есть такое, и это самое неприятное! Если бы знать хотя бы порядок этих нелинейностей.
Полный вариант обсуждения »