Erforderliche Ausgangsimpedanz für ADC-Eingang?

Beim Atmel AVR 328P des Arduino Uno beträgt der R (ain) -Wert des ADC 100 MOhm - was ist vermutlich die ADC-Eingangsimpedanz? Im Datenblatt heißt es jedoch: "Der ADC ist für analoge Signale mit einer Ausgangsimpedanz von ungefähr 10 kOhm oder weniger optimiert."

Wie ermitteln Sie die ideale Ausgangsimpedanz für die Arbeit mit dem ADC? Ich versuche herauszufinden, wie dies für andere diskrete ADCs gilt, deren Eingangsimpedanz mit der Abtastfrequenz variiert. Beispielsweise variiert die Eingangsimpedanz an einem Teil von 125 kOhm bis 65 mOhm. Wie würde ich herausfinden, wie hoch die maximal zulässige Eingangsimpedanz sein sollte?

Auch - stelle ich hier überhaupt die richtigen Fragen oder vermisse ich etwas Großes?

Falls Sie sich fragen, wie der Eingangswiderstand auf 100 M festgelegt ist, beträgt die empfohlene Impedanz für die Ansteuerung des Eingangs 10k: Das folgende Diagramm zeigt den Eingang des ATMega A / D:

Wie von KyranF beschrieben, besteht die Aufgabe Ihrer externen Schaltung darin, sicherzustellen, dass der Abtastkondensator C _SH innerhalb der Abtastzeit auf eine Spannung aufgeladen wird, die innerhalb eines bestimmten Prozentsatzes der Eingangsspannung liegt. Der Ladevorgang wird durch den Widerstand Ihrer Spannungsquelle und durch den Widerstand der Schaltung zwischen dem ADCn-Pin und dem Abtastkondensator verlangsamt, der hier als "1..100k Ohm" dargestellt ist.

(Das "1..100k" ist ein riesiger Bereich, und ich würde mich interessieren, wie der Bereich in der Praxis tatsächlich ist.)

In dem Diagramm sind keine zusätzlichen kleinen Kapazitäten gezeigt, die dem Multiplexer zugeordnet sind. Und R _AIN wird ebenfalls weggelassen, da es im Vergleich zu I _IH und I _IL (max. 1 uA) unbedeutend ist .

Die Empfehlung, dass Ihre Spannungsquelle weniger als 10 k beträgt, besagt im Wesentlichen, dass der Quellenwiderstand das Laden von C _SH (und anderen Kapazitäten) im Vergleich zum bereits vorhandenen Widerstand und relativ zur Abtastzeit nicht wesentlich verlangsamen soll . (Die "1..100k" unterstützt dies jedoch nicht sehr genau.)

Mit Blick auf diese aus einem anderen Blickwinkel, der vermeintlichen „100M“ Eingangswiderstand ist von ADCN Stiften nicht die ganze Geschichte. R _AIN ist parallel zu I _IH und I _IL , die bei Auswahl auch parallel zur Last "1..100k in Reihe mit 14pF" sind.

In dem Sinne, dass die 100M || I _IH || I _IL stellen die Gesamtheit der DC- Eigenschaften dar, es ist legitim, aber es ist nicht der relevante Teil der Last für unsere Entwurfszwecke. Wir müssen so konstruieren, dass der "1..100k in Reihe mit 14pF" Wechselstromteil der Last angesteuert wird , was laut Atmel am besten mit einem 10k-Quellenwiderstand erfolgt.

(Beachten Sie, dass in Diskussionen der Begriff "Impedanz" bedeuten kann oder nicht, dass nicht resistive Wechselstromeigenschaften erwartet werden, und manchmal verwendet wird, wenn wirklich "Widerstand" gemeint ist.)

[Bearbeiten - denn das stellt sich als ziemlich interessant heraus ...]

Hinzufügen eines Ballpark-Samples und Halten der Einschwingzeiten:

Mit R = 100k und C = 14pF beträgt die RC-Zeitkonstante (TC) 1,4 usec.

Für ATMega beträgt die S / H-Zeit 1,5 Zyklen der ADC-Uhr. Bei einer ADC-Rate im mittleren Bereich von 100 kHz beträgt die S / H-Zeit 15 usec. Das sind also etwas mehr als 10 TC.

Die Spannung an einem Kondensator stellt sich in einer Zeitkonstante auf 37% seines Endwerts ein, in 3TC auf 5%, in 5TC auf 1% und in 7TC auf 0,1% (entsprechend +/- 1 Bit 10-Bit-Auflösung).

Sie können sehen, dass das Verdoppeln des Eingangs R auf 200k oder das Verdoppeln der AD-Taktrate die Auflösung beeinflusst. Eine Änderung des Eingangs R von 10k auf 1k bringt uns jedoch nicht viel ... obwohl dies aus externen Gründen von Vorteil sein kann, beispielsweise aufgrund einer geringeren Empfindlichkeit gegenüber benachbarten verrauschten Signalen.

Ich hoffe, das hilft.

Der interne Abtastkondensator eines ADC-Peripheriegeräts im ATMEGA328P Ihres Uno muss aufgeladen werden, damit Sie ihn richtig abtasten können. Nun, in diesem Fall wurde der interne Widerstand (Eingangsimpedanz) mit 100 M Ohm angegeben. Der Kondensator muss von der analogen Quelle mit <= 10 K Ohm aufgeladen werden, damit er für die Abtastung ausreichend aufgeladen wird. Wenn Sie die Kappe zu langsam aufladen, werden Skalierungsfehler / falsche Messwerte angezeigt.

Es ist möglich, dass Sie bei einem furchtbar langsamen / schwachen Analogeingang einen Spannungspuffer-Operationsverstärker mit Einheitsverstärkung einsetzen - und einen mit extrem niedriger Offset-Spannung / Vorspannungsstrom und ausreichend hoher Bandbreite / Anstiegsrate finden (dies wirkt sich also nicht aus Ihr Signal so gut wie möglich), mit einem Ausgangswiderstand von 5-10K Ohm, um Ihre ADC-Eingänge schnell genug anzusteuern.

Jeder Mikrocontroller mit einem internen ADC-Peripheriegerät und die vielen dedizierten ADC-ICs sind unterschiedlich, und alle benötigen besondere Aufmerksamkeit für solche Dinge. Es ist also gut, dass Sie darüber lesen und Fragen dazu gestellt haben.

Wie ermitteln Sie die ideale Ausgangsimpedanz für die Arbeit mit dem ADC?

Durch Lesen des Datenblattes. Sie haben sogar den Abschnitt zitiert, der Ihnen diese Antwort auf einem Silbertablett sagt: Der ADC ist für analoge Signale mit einer Ausgangsimpedanz von ungefähr 10 kOhm oder weniger optimiert.

Die Antwort lautet also, ein Signal mit einer Impedanz von 10 kΩ oder weniger zu speisen.