Перейти к содержанию

Время выборки АЦП

Время выборки — часть цикла преобразования, когда вход АЦП подключён к сигналу и конденсатор выборки заряжается до входного напряжения. Если источник сигнала высокоомный, конденсатор не успевает зарядиться, и АЦП показывает меньше, чем на самом деле.

Обновлено Редакция GAW

Время выборки (sampling time) — интервал, в течение которого вход АЦП последовательного приближения подключён к источнику сигнала и встроенный конденсатор выборки-хранения заряжается до входного напряжения. Затем ключ размыкается, и преобразуется уже напряжение на конденсаторе. Конденсатор заряжается через выходное сопротивление источника и сопротивление ключа — по экспоненте с постоянной времени этой цепи.

Заряд конденсатора выборки

AN2834 описывает это так: конденсатор CADC заряжается через сумму сопротивлений ключа RADC и источника RAIN, постоянная времени

tc=(RADC+RAIN)⋅CADCt_c = (R_{ADC} + R_{AIN}) \cdot C_{ADC}

Если время выборки меньше времени заряда до точности ½ младшего разряда, результат занижен. У ATmega328P конденсатор выборки — 14 пФ, сопротивление внутри — 1–100 кОм (DS40002061B, рисунок 24-8), и даташит рекомендует источники с выходным сопротивлением около 10 кОм и меньше.

Что делать с высокоомным источником

  • Увеличить время выборки — у STM32 полем SMP. Время преобразования растёт, частота выборки падает; посчитать их поможет калькулятор АЦП STM32.
  • Поставить конденсатор у входа, намного больше конденсатора выборки: он отдаёт заряд в момент выборки, а между измерениями подзаряжается от источника. Это работает для медленных сигналов.
  • Буферизовать сигнал повторителем на операционном усилителе с низким выходным сопротивлением.

Время преобразования и выбор частоты тактирования АЦП AVR — в калькуляторе АЦП AVR, устройство АЦП и остальные погрешности — в статье «АЦП».

Частые вопросы

Какое сопротивление источника допустимо на входе АЦП?

Для ATmega328P даташит рекомендует источники с выходным сопротивлением около 10 кОм и меньше: тогда конденсатор выборки 14 пФ успевает зарядиться. У STM32 допустимое сопротивление зависит от выбранного времени выборки: чем больше сопротивление источника, тем длиннее нужно время выборки — таблицы даны в AN2834 и даташитах.

Почему АЦП показывает меньше на делителе с большими резисторами?

Делитель с большими резисторами — высокоомный источник: за время выборки конденсатор АЦП не успевает зарядиться через его выходное сопротивление до полного напряжения. Помогает увеличить время выборки, поставить у входа конденсатор намного больше конденсатора выборки или буферизовать сигнал повторителем на ОУ.

Как увеличить время выборки на STM32?

Полем SMP регистров выбора времени выборки для каждого канала: большее значение — больше тактов АЦП на выборку. Время преобразования растёт на ту же величину, поэтому наибольшая частота выборки уменьшается. Время выборки, полное время преобразования и частоту выборок считает калькулятор АЦП STM32.

Источники

  1. Microchip. ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P Data Sheet (DS40002061B) — рис. 24-8 — конденсатор выборки 14 пФ, сопротивление 1–100 кОм; рекомендованное сопротивление источника — около 10 кОм и меньше
  2. STMicroelectronics. AN2834: How to optimize the ADC accuracy in the STM32 MCUs, Rev 10 — постоянная времени tc = (RADC + RAIN) · CADC, время выборки до ½ LSB, внешний конденсатор CAIN, RC-фильтр

Нашли ошибку?

Смотрите также