Перейти к содержанию

Устройство выборки и хранения

Чтобы АЦП последовательного приближения успел подобрать код, входное напряжение на время преобразования должно стоять на месте. Его «замораживает» устройство выборки и хранения — ключ и конденсатор на входе АЦП.

Обновлено Редакция GAW

Устройство выборки и хранения (sample-and-hold, S/H, УВХ) — схема на входе АЦП из аналогового ключа и конденсатора. В режиме выборки ключ замкнут, и конденсатор заряжается до входного напряжения; в режиме хранения ключ разомкнут, и конденсатор держит напряжение неизменным, пока АЦП подбирает код.

Это особенно важно для АЦП последовательного приближения: он сравнивает напряжение бит за битом в течение нескольких тактов, и вход за это время не должен меняться. По даташиту ATmega328P устройство выборки и хранения держит напряжение на входе АЦП постоянным во время преобразования.

АЦПКонденсатор выборкиВремя выборки
MCP300820 пФ через ключ около 1 кОм1,5 такта SPI
ATmega328Pвнутренний, в начале преобразованиячасть 13 тактов АЦП

Главное требование к источнику сигнала — успеть зарядить конденсатор за время выборки. Сопротивление источника, ключа и ёмкость образуют RC-цепь, и чем больше сопротивление, тем дольше заряд. Microchip рекомендует для АЦП ATmega328P источник не больше 10 кОм, а для MCP3008 предупреждает, что большое сопротивление источника увеличивает ошибки смещения, усиления и нелинейности. Расчёт — в статье о времени выборки АЦП.

Если источник высокоомный, его буферизуют операционным усилителем или ставят на вход АЦП конденсатор, который быстро отдаёт заряд. Примеры внешних АЦП — в карточке ADS1115 и MCP3008, тактирование АЦП AVR — в калькуляторе АЦП.

Частые вопросы

Зачем АЦП устройство выборки и хранения?

Преобразование последовательного приближения занимает несколько тактов, и если напряжение на входе за это время изменится, код получится неверным. Устройство выборки и хранения запоминает напряжение на конденсаторе в начале преобразования и держит его постоянным до конца.

Почему важно сопротивление источника?

Во время выборки конденсатор заряжается через ключ и сопротивление источника. Если сопротивление велико, конденсатор не успевает зарядиться до входного напряжения, и код занижается. Microchip рекомендует для АЦП ATmega328P источник не больше 10 кОм.

Что делать с высокоомным датчиком?

Поставить буферный операционный усилитель, конденсатор на входе АЦП, который отдаёт заряд выборочной ёмкости, или увеличить время выборки, если АЦП это позволяет.

Источники

  1. Microchip. ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P Data Sheet (DS40002061B, 2020) — гл. 24: АЦП с устройством выборки и хранения, которое держит напряжение на входе постоянным во время преобразования; выборка в начале преобразования; АЦП рассчитан на источник с выходным сопротивлением около 10 кОм или меньше
  2. Microchip. MCP3004/3008: 2.7V 4-Channel/8-Channel 10-Bit A/D Converters with SPI Serial Interface (DS20001295E, 2022) — разд. 4.0 и 4.1: выборка на внутренний конденсатор CSAMPLE 20 пФ через ключ около 1 кОм за 1,5 такта; сопротивление источника увеличивает ошибки

Нашли ошибку?

Смотрите также