Arduino Nano: вимірювання крихітних напруг з аналоговим входом

Мені потрібно максимально точно виміряти 0В до 40мВ за допомогою 10-бітного АЦП на Arduino Nano . Мені потрібно лише приблизно один зразок в секунду.

Я планую утримувати штифт AREF на 40mV над землею, правильно екранувати все, використовувати фільтри низьких частот в апаратному та програмному забезпеченні та використовувати правильно згладжене джерело живлення.

Яку точність я можу отримати?
Що ще я можу зробити, щоб підвищити точність?

arduino adc

— CL22
джерело

Перевірте в контрольному аркуші контролера наявність наявних опорних напруг на розрив смуги. Тоді спроектуйте підсилювач, який підсилює максимальний сигнал мало під цим опорним напругою.

— джиппі

Відповіді:

На АЦП Nano є кращі експерти, ніж я, але я впевнений, що це матиме деякі проблеми, тому я б точно запропонував підсилювач. Я б порекомендував підсилювач, що працює від 5В (або що використовує нано) та 0В. Операційному підсилювачу потрібні можливості залізниці до залізниці на вході та виході та налаштовуватись у неінвертованому режимі з посиленням, що перетворює 40mV в повномасштабний нано.

введіть тут опис зображення

Якщо повна шкала (скажімо) 3В, вам знадобиться коефіцієнт підсилення 3 / 0,04 = 75. Це означає R2 / R1 = 74 (75 мінус 1).

R1 буде радий 100 Ом, і тому R2 буде 7400 Ом (7k5 паралельно 560k дає 7k401, що, сподіваємось, буде досить близьким. Операційний підсилювач потрібно працювати лише на повільних швидкостях, прочитавши ваше запитання, і їх кілька пристрої, які підійдуть. Затримайте вогонь, поки я опублікую відповідь і погляньте ...

The AD8538 виглядає відповідним і так робить AD8628 , але є, ймовірно , дещо більше , що легко пристосовувати рахунок

— Енді ака
джерело

Повна шкала - Vcc, але надання опорної напруги на штифті AREF дозволяє меншу повномасштабну орієнтир у міру необхідності. Однак посилення все ще бажано, оскільки AREF нижче 1,0 Вольт не працює AFAIC (жодних документальних підтверджень, лише деякі проблеми, з якими я стикався).

— Anindo Ghosh

Чому б не більш поширені резистори E12? Точне співвідношення не надто важливо, якщо ви знаєте, як компенсувати його. Напр. 12k ÷ 150 = 80 або 33k ÷ 470 ≈ 70. Звичайно, це стосується вихідної напруги 3В, що, мабуть, не є оптимальним.

— jippie

@jippie Я повністю згоден, але моя відповідь "підказує", як паралельно ставити резистори, і я не був впевнений, чи знає це ОП. Він отримав додаткову відповідь безкоштовно !!

— Енді ака

+1 для пропозиції підсилювача AD8538 є особистим фаворитом, особливо в пакеті SOT23 - безглуздих штифтів, відмінної теплової поведінки.

— Anindo Ghosh

@AnindoGhosh - 20 місяців. Аркуш ATMega328 , схоже, не говорить ніде на 650 сторінках, який діапазон значень дійсний для НАДНІШНО застосованого напруги Aref, АЛЕ всі безлічі графіків, де це згадується, мають нижню межу 1,8 В :-(. Vcc може бути> = 1,8 V і AVcc можуть бути Vcc-0,3V, так що на рівні 1,5 В. є законним. Використання внутрішньої опорної смуги 1,1 В дає нижчу максимальну напругу АЦП. Нижній зовнішній V_ARef МОЖЕ бути законним, але це не визначено.

— Рассел Макмахон,

Я спочатку не планував додавати це як відповідь, але, мабуть, важливо дозволити йому потонути десь у коментарях.

Це найважливіше - вдатися до аркуша вашого мікроконтролера. І якщо я маю рацію щодо Arduino Nano з ATmega 168, ось цей аркуш . Електричні характеристики - це розділ, про який потрібно знати і спочатку перевірити речі.

Справа в тому, що мінімальна опорна напруга - 1,0 В - ви можете побачити її на сторінці 311. Вам потрібно буде посилити сигнал хоча б на коефіцієнт 25, щоб отримати розумну точність, масштабуючи до мінімальної опорної напруги.

Тепер для найкращого вибору елементів, які я знаю (хоча я ледве знаю тему), знадобиться оперативний підсилювач з низьким рівнем шуму, здатний працювати як залізниця до рейки, як зазначив @Andyaka, бажано працює на вашому напрузі живлення. Тоді я думаю, що найкращим вибором опорного напруги є внутрішній. Хоча вони можуть відрізнятися між пристроями, я вважаю, що стабільність повинна бути найбільш розумною. Більше того, ваш вибір резисторів повинен полягати в меншому опорі, а не вище, оскільки вони більш стійкі до шуму. Не забувайте про їх стабільність у часі та перепади температури!

Найкраща конфігурація підсилювачів може відрізнятися - неінвертуючий підсилювач може бути непоганим для початку, але високий вхідний опір може не працювати з вашим сигналом (хоча це повинно бути нормально).

— TNW
джерело

Чому б високий вхідний опір не спрацював із сигналом? До речі, GPIO Arduino у режимі введення - це все високий вхідний опір, як і більшість АЦП.

— Анніндо Гош

@AnindoGhosh Якщо джерело сигналу має бути завантажено для вимірювання, і воно не виконано належним чином. Я не можу нічого розповісти про характер сигналу ОП. Я думаю, що пропозиція в моєму дописі була надто сувора на підсилювачі - це, мабуть, не повинно статися, але високий вхідний опір - це річ, про яку я думаю, що краще знати.

— TNW

Я вважаю, що завантаження джерела сигналу, якщо потрібно, є відомою наукою, і однаково, дизайнери, як правило, прагнуть до високого вхідного опору і низького вихідного опору. Звідси моє твердження щодо цієї некваліфікованої заяви.

— Anindo Ghosh

@AnindoGhosh Я думаю, що може бути краще припустити, що людина знає менше, ніж більше (особливо, що 40-метрова напруга зробило мене підозрілим). Я хотів би зазначити, що вибір між інвертуючим та неінвертуючим підсилювачем залежить не лише від того, чи можемо ми дозволити змінити полярність.

— TNW

-4

Слід використовувати підсилювач для максимальної точності.

— Леон Хеллер
джерело

Спасибі - але чому? Чи не будуть додаткові етапи збільшувати шум та неточності? Яка схема підсилювача дала б найкращі результати?

— CL22

Я гадаю, що малошумний операційний підсилювач у неінвертуючій конфігурації міг би робити, якщо ви використовуєте стабільні резистори для підтримки посилення напруги.

— TNW

Для тих, хто дорікає іншим користувачам за те, що вони не надавали інформацію, це впевнена відповідь. Не могли б ви додати якісь схеми чи додаткові деталі?

— Кріс Лаплант