Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

[AVR] - zabezpieczenie wejścia ADC - będzie dobrze?

mirekk36 06 Kwi 2010 21:16 9944 34
  • #1 06 Kwi 2010 21:16
    mirekk36
    Poziom 42  

    Witam,

    Popełniłem taki schemat:

    [AVR] - zabezpieczenie wejścia ADC - będzie dobrze?

    Chodzi o to, że będę chciał mierzyć napięcia za pomocą wejścia ADC w procku ATmega168, w zakresie od 0v do 28V

    Przygotowałem więc dzielnik na wejściu i za nim po drodze do procka zastosowałem jeszcze zabezpieczenie (2 diody shottky) i wtórnik napięciowy na TLC272.

    Czy spełni to swoje zadania, jeśli na wejściu będą pojawiały się jakieś "brzydkie" szpile dużo wyższych napięć dodatnich lub ujemnych ??? (chodzi o instalację w samochodzie)

    0 29
  • Pomocny post
    #2 06 Kwi 2010 22:18
    atom1477
    Poziom 43  

    Ja osobiście to te diody Shottky’ego wstawił bym za wtórnikiem aby uchronić się przed wysokim napięciem z wtórnika (przy uszkodzeniu wtórnika). No chyba że wtórnik zasilasz z 5-ciu V.
    Ale po za tym to ok.

    0
  • #3 06 Kwi 2010 22:21
    mirekk36
    Poziom 42  

    Tak scalak TLC272 zasilam +5V czyli z tego co gdzieś tam wyczytałem na wyjściu maksymalnie pojawi się i tak max ok +3V

    Dzięki za info

    0
  • Pomocny post
    #4 06 Kwi 2010 22:29
    atom1477
    Poziom 43  

    No to trochę zawęży Ci się zakres działania ADC. No chyba że wykorzystasz napięcie referencyjne 2,56V (albo dowolne inne, różne niż wewnętrzne AVCC).
    Ciekawe jakie minimalne napięcie da ten wtórnik.
    Może jakiś rezystor do masy by się przydał na wyjściu.

    Dodano po 2 [minuty]:

    PS. Rezystor R3 (i R2 w zasadzie też) jest zbedny.

    0
  • #5 06 Kwi 2010 22:41
    mirekk36
    Poziom 42  

    atom1477 --> dokładnie, chcę skorzystać z wewn. napięcia odniesienia, które w ATmega168 to nawet tylko 1,1V. Kurczę to i dzielnik chyba musiałbym zmienić troszkę.

    A z tym wzmacniaczem to nie mam zielonego pojęcia, wyczytałem tylko gdzieś, że tak powinno się zrobić ;) Poniżej podaję link, gdzie ktoś (chyba) fajnie to opisał:

    http://forum.ep.com.pl/viewtopic.php?p=69869

    Może uda ci się to przeanalizować i podpowiedzieć mi czy tak będzie dobrze i czy tak jak mówisz na pewnow wywalić te rezystory o których wspomniałeś?

    0
  • #6 06 Kwi 2010 23:12
    gothye
    Poziom 33  

    popieram ,daj diody za wtórnikiem a najlepiej wywal ten wtórnik dla świetego spokoju bym dołożył jeszcze kondensator 10-47nF miedzy adc a masą dla odfiltrowania zbędnych śmieci

    0
  • Pomocny post
    #7 06 Kwi 2010 23:23
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    Wtórnika wywalić nie można bo przy takim dzielniku opór wewnętrzny ATMegi jest zbyt mały i fałszowałoby to wynik, a gdyby Mirek mierzył coś więcej niż napięcie stałe to ogólnie byłaby tragedia. R2 i R3 śmiało można usunąć. Diody zasadniczo przy dzielniku o takim oporze też - ich funkcje przejmą diody zabezpieczające na strukturze opampa. Z pewnych obaw - opamp na pewno będzie zniekształcał w okolicach 0, może lepiej byłoby go zasilać z napięcia ujemnego, ew. zasilanie procesora od masy podbić za pomocą diody. Druga rzecz - jak dokładny musi być pomiar? W tym układzie wprowadzane będzie napięcie niezrównoważenia opampa i napięcie związane z dryfem temperaturowym. Ale to łącznie będzie pare mV.

    0
  • #8 07 Kwi 2010 00:12
    mirekk36
    Poziom 42  

    Tak właśnie mi się wydawało, że przy tak dużym dzielniku ( w związku z zabezpieczeniami przed użymi przepięciami ) nie można wywalać tego wzmacniacza OP. Rezystorki wywalę , ale diody może zostawię, bo jak patrzyłem niby na strukturę wewn. tego OP'ka to nie widać było żdanych diod zabezpieczająych tego typu na wejściach.

    Na szczęście nie muszę mieć super dokładnego pomiaru i na szczęście napięcia pomiędzy 0 a 5V w zasadzie nie będą brać udział w pomiarach a jeśli już to zniekształcenia będą w tym zakresie pomijalne. Większa dokładność ale też nie na poziomie tysięcznych mV będzie potrzebna w zakresie od ok +5V do +30V max

    Zastanawiam się tylko właśnie jak ten wtórnik będzie działać gdy zmienię dzielnik, żeby na wyjściu dzielnika przy Uwe=30V pojawiało się jednak ok 1,1V. To co wtedy będzie na wyjściu tego OP ??? w takim układzie wtórnika ?????

    Dodano po 14 [minuty]:

    Aha - wtórnik napięciowy gdzie wejście (-) połączone jest z wyjściem - posiada wzmocnienie = 1. Zatem na wyjściu powinno być dokładnie takie samo napięcie jak na wejściu (+) tyle że zyskujemy dużą rezystancję wejściową a wyjściowa jest (chyba) niewielka co sprzyja ADC w procko, który chyba musi mieć max 10k takiej impedancji ? dobrze mówię? ;)

    0
  • #9 07 Kwi 2010 01:03
    trol.six
    Poziom 30  

    Ja nie wiem na ile są odporne, choć powinny przeżyć przy tej konfiguracji. Jak się martwisz o OP to podziel jeszcze napięcie z diod o napięcie na diodach, czyli jakieś 80% . Wtedy raczej nie dostaniesz więcej jak 5V na wejście.Natomiast ja kiedyś robiłem na atmedze8 pomiar, ale nieliniowość była tak duża że zrezygnowałem gdzieś z 1/3 dołu przetwornika ADC dopinając rezystor do plusa i odejmując programowo jakąś stałą. Do tego uśrednianie wielu próbek, i w skali 20V błędy były <20mV. Inaczej nie dało się tym mierzyć :) Przynajmniej ja nie byłem zadowolony z jakości. Nie wiem czy wszystkie te procki mają takie ADC, czy mi sie trafiło. Jako wejście stosowałem OP07 ale miałem tam dodatkowo na zasilaniu plus i minus.

    0
  • #10 07 Kwi 2010 10:33
    michalko12
    Specjalista - Mikrokontrolery

    Bezpośrednie podłączenie wyjścia OP z wejściem ADC nie jest zbyt dobre ze względu na zasadę działania przetwornika. Wyjście OP nie będzie obciążone
    stałym prądem i może to powodować różnego rodzaju dzwonienia i oscylacje. Dlatego powinna być wstawiona niewielka rezystancja szeregowa (kilkaset ohmów) i kondensator ≈1n w miarę blisko nogi ADC. Rezystancja dzielnika też jest delikatnie przesadzona, spokojnie można 10x mniejszą. Niewielki kondensator za dzielnikiem też pomógłby w odfiltrowaniu szpilek i innych zakłóceń.

    0
  • #11 07 Kwi 2010 21:58
    pmmisiek
    Poziom 15  

    A czy nie wystarczy sam dzielnik + kondensator dla odfiltrowania szpilek jak pisze kol. michalko12?

    W dokumentacji Atmegi jest napisane że max prąd wpływający lub wypływający z portu to 40mA. Załóżmy że 20mA będzie bezpieczniej - przy dzielniku 5 rezystorów (14.4V/5) o wartościach po 5k mamy 25k. Aby prąd płynący przez powyższy dzielnik osiągnął wartość 20mA napięcie musiało by wynosić 500V.

    Pozdrawiam

    -1
  • #12 07 Kwi 2010 23:01
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    Tu nie chodzi o to ile może przyjąć port, tylko o impedancję wejściową portu ADC i źródła sygnału. Jeśli źródło ma wysoką a wejście niską to tworzy się dzielnik i masz straty + zafałszowanie odczytu napięcia. Stąd konieczność użycia bufora.

    0
  • Pomocny post
    #13 09 Kwi 2010 09:57
    94075
    Użytkownik usunął konto  
  • #14 09 Kwi 2010 10:25
    atom1477
    Poziom 43  

    Mi się zdaje że mierzone ma być napięcie z akumulatora 24V. Zatem będzie to napięcie stałe i o dużej wydajności.
    Ja bym wstawił zwykły dzielnik i kondensator 100nF równolegle do dolnego rezystora. No i w tym wypadku duża wartość rezystorów w dzielniku będzie lepsza bo zapewni niższą częstotliwość graniczną filtru RC a więc lepsze tłumienie zakłóceń.
    Tym bardziej że przewody chyba będą krótkie i samych zakłóceń będzie niewiele.
    I w żadne diody bym się nie bawił. Tym bardziej że ATMega wytrzyma 5V a napięcie z dzielnika nigdy tyle nie osiągnie bo wykorzystywane będzie o wiele niższe napięcie referencyjne.
    Ujemnych napięć też raczej nie.
    A co do wtórnika to może LM358/324. Ma mniejszy offset i może pracować przy napięciach bliskich masy.

    0
  • #15 09 Kwi 2010 11:01
    94075
    Użytkownik usunął konto  
  • #16 09 Kwi 2010 11:39
    atom1477
    Poziom 43  

    Co och atom? Mirekk36 już ze 3 tematy o tym założył więc to jest bardziej niż pewne (że to akumulator) :D.
    Jeżeli chce mierzyć szpilki to i Ty się mylisz. Przecież Ty też sugerowałeś zastosowanie filtry dolnoprzepustowego ;)
    A zakładam krótkie przewody bo pomiar pewnie będzie brany nie bezpośrednio z akumulatora ale z przewodu przechodzącego przez urządzenie (to ma być jakiś sterownik przetwornicy i grzałki). Pewnie jakieś elektrolity na zasilaniu tam będą.
    Ale najlepiej niech się Mirekk36 wypowie.

    Co do parametrów LM358 i LM324: nie sprawdziłem ich w DS bo znam je na pamięć od kilku lat. Ale te parametry jednak będą gorsze. Bo myślałem że tam siedzi TL072. A jest TLC272.

    0
  • #17 09 Kwi 2010 12:18
    94075
    Użytkownik usunął konto  
  • #18 09 Kwi 2010 12:24
    atom1477
    Poziom 43  

    albertb napisał:
    Sugerowałem i sugeruję. Filtr ma być. Ale nie "jakieś 100nF" tylko filtr o własnościach dostosowanych do tego co chcesz mierzyć.

    Nie napisałem „jakieś 100nF” ;)

    albertb napisał:
    A elektrolity na zasilaniu, które ma oporność rzędu dziesiatych ohma to nie to samo co pojemności w układzie pomiarowym o opornościach rzędu 100kohm.
    Policz jaka musiałaby być pojemność elektrolitu, aby zapewnić taką samą stałą czasową.

    No tak, ale zawsze to coś. Zresztą mocny akumulator sam z siebie nie pozwoli na zakłócenia. A padający akumulator ma o wiele większą rezystancję więc wtedy elektrolity zaczną (trochę) filtrować.
    Zresztą tutaj nie chodzi o rezystancję tylko o indukcyjności. Długi cienki kabel pomiarowy lecący przez cały samochód też będzie miał ułamki oma. A wyidukowane w nim zakłócenia mimo wszystko będą duże. To tak przy okazji dużych zakłóceń i długich przewodów o których wspomniałeś.
    Zgadzam się z tym. Inaczej bym napisał żeby nie dawać żadnego filtru bo przecież są elektrolity na zasilaniu.

    0
  • #19 09 Kwi 2010 13:32
    94075
    Użytkownik usunął konto  
  • #20 09 Kwi 2010 13:51
    atom1477
    Poziom 43  

    Bez fałszywej skromności muszę powiedzieć że łapię to od dawna.
    Tylko wysłowić się nie mogę.
    Chodzi o to że zapomniałem napisać dlaczego ja bym szedł w większe rezystancje. Bo one wymagają mniejszych pojemności.
    Małe rezystancje trochę lepsze ale z pojemnościami trzeba iść w uF a to już robi się problematyczne (elektrolity odpadają bo mają duże prądu upływu).
    Najlepiej to było by dać małe wartości napięć w dzielniku a później obwód RC z dużą wartością R.
    A co do rezystancji to niewielkie ona ma znaczenie. Ona jedynie może bardziej lub mniej tłumic sygnał u źródła (czyli na tym kablu).
    A to jest bez większego znaczenia.
    W przypadku akumulatora i mocno siejącej przetwornicy taki dzielnik nie ma najmniejszych szans żeby tłumić zakłócenie jeżeli będzie podłączony krótkim przewodem.
    Liczy się zakłócenie wchodzące do procesora. A o nim decyduje stała czasowa obwodu RC. Może ona być przecież taka sama przy małych wartościach rezystancji jak i przy dużych wartościach rezystancji. Trzeba tylko wartość kondensatora dobrać.
    Nie wiadomo co dokładnie Mirekk36 chce mierzyć więc dyskusja na razie nie ma sensu.

    PS. A co do ADC to ten pogląd z małą rezystancją wejściową ma pewien sens. Sama rezystancja wejściowa owszem jest duża, ale rezystancja źródła sygnału mimo to powinna być mała.
    Bo jest coś takiego jak Leakage Current. I wynosi z 1uA dla pinu w AVR. Dla 5V daje to coś jak rezystancję 5MΩ. Ale nikt nie będzie pracował z błędem 5V.
    Żeby na rezystorze szeregowym z wejściem ADC mieć spadek napięcia powiedzmy 0,01V to rezystancja nie może być większa niż 10k.
    Jak wykorzystamy napięcie referencyjne równe 1,1V to mamy błąd prawie 1%. Czyli mamy dokładność ADC równą 7bitów (ze 110 wartości). Dla pełnych 10-ciu bitów błąd musiał by być mniejszy niż 0,001V a to wymaga rezystancji żródła sygnału poniżej 1k.
    O ile chwilowy większy pobór prądu z pinu ADC podczas spróbkowania napięcia można skompensować kondensatorem na pinie ADC, to z tym nic się nie da zrobić bo ten Leakage Current jest prądem ciągłym. No i po to wtórnik trzeba.

    0
  • #21 09 Kwi 2010 14:12
    94075
    Użytkownik usunął konto  
  • #22 09 Kwi 2010 14:21
    atom1477
    Poziom 43  

    Mniejsza rezystancja bardziej stłumi napięcia zakłócające z kabla, kabla którego tutaj być może nie będzie.

    0
  • #23 09 Kwi 2010 14:32
    mirekk36
    Poziom 42  

    Bardzo ciekawa i pouczający dla mnie dyskusja ;)

    Przy okazji powiem albo uzupełnię tylko, że nie zależy mi wcale na dużej pracyzji pomiaru, tylko do jednego miejsca po przecinku i to głównie dla napięć w okolicach pracy akumulatora czyli powiedzmy od 20 do 30V. Zatem dla mniejszych napięć mogą nawet wystąpić różnice w dokładności pomiaru o "parę" mV

    Z trzeciej strony - to fajnie rozgorzała dyskusja i już mam 3 pogląd speców w tym temacie, a co ja mam począć? :(

    Czy ten OP który użyłem będzie aż taki do kitu? jak więc dla zapewnienia takich niedużych wymagań zrobić ten stopień wejściowy, żeby było dobrze i bezpiecznie tzn żeby mi się procek przez jakieś przepięcia ewentualne nie zawieszał ??

    0
  • #24 09 Kwi 2010 14:33
    94075
    Użytkownik usunął konto  
  • #25 09 Kwi 2010 14:39
    mirekk36
    Poziom 42  

    albertb --> a nie podpowiedziałbyś mi jak to po prostu np rozwiązać tak do moich prostych celów ?

    Jaki mniej więcej dać dzielnik (chodzi mi o wartości) , czy zastosować te dwie diody prostownicze zamiast tych shottky? i czy mogę pozostać już przy tym wzm. OP co mam ???

    0
  • #26 09 Kwi 2010 14:46
    trol.six
    Poziom 30  

    albertb napisał:
    Teraz zabezpieczenie przed uszkodzeniem. Dlaczego diody Schottky'ego? Ich prąd wsteczny jest o rząd(y) wielkości większy niż np. popularnej 1N4148.

    O, myśle że to najsensowniejsza uwaga w dyskusji ;) W sumie nie zauważyłem że chce dać tam schottky. :/

    Tak poza tym autor wątku, nie wypowiada się co chce mierzyć.

    Zabezpieczenia dobrze jest dawać. Jeśli urządzenie ma charakter autonomiczny, i nigdy nie wiadomo co się na wejściu może znaleźć. Ja sam staram się dawać, jeśli nie jest to duży koszt. Z praktyki wiem że się raz na rok albo dwa lata przydaje. A zwykle uszkadza się coś kiedy nie ma się czasu na naprawę ;)

    Co do oscylowania wyjścia wzmacniaczy nie lubiących obciążeń pojemnościowych, trafiłem:
    http://e2e.ti.com/support/amplifiers/precision_amplifiers/f/14/t/40767.aspx

    mirekk36:
    Jak sobie skalibrujesz w okolicach pomiaru to będzie mierzyć, najgorsza jest nieliniowość ADC atmegi. No i rzeczywiście jakiś kondensator by się przydał filtrujący.

    0
  • #27 09 Kwi 2010 15:08
    atom1477
    Poziom 43  

    albertb napisał:
    Myśl zanim odpiszesz.
    Układ równań == 2 równania

    Nie zauważyłem że te dwa równania mają wspólny parametr. Ale już się poprawiłem.

    albertb napisał:
    A jak bardziej stłumi, to chyba łatwiej wyfiltrować mniejsze zakłócenia ( a nie jak poprzednio pisałeś bez znaczenia).

    Owszem. Ale stosując filtr zaledwie pierwszego rzędu i tak trzeba zaprojektować go na bardo niską częstotliwość graniczną aby dobrze filtrował. Więc ta niewielka dodatkowa ilość zakłóceń z kabla niewiele tutaj zmienia.
    Owszem zmienia, ale dopóki nie wiemy na ile śmieci przetwornica i jak długi będzie kabel to nic nie wiadomo. Na moje oko i tak o wiele więcej śmieci będzie z innych źródeł (których nie stłumimy małą rezystancją) niż z tego kabla.

    albertb napisał:
    A co do PS.
    Błąd , który dość chaotycznie wyliczyłeś ze względu na prąd upływu jako 10mV jest błędem systematycznym, tak jak tolerancja wartości napiecia odniesienia, która z tego samego DS jest 20 razy większa ;-) Można więc go korygować programowo

    No racja. Ale można użyć zewnętrznego napięcia referencyjnego.
    A po drugie dryft napięcia referencyjnego ma jakąś konkretną charakterystykę.
    A prąd upływu nie wiadomo. Teoretycznie będzie szybko wzrastał przy wzroście temperatury. Ale prąd nie wiadomo nawet czy wpływa czy wypływa. Najprędzej jest to prąd wpływający/wypływający z/do napięcia około 1/2VCC. I tego już tak łatwo programowo się nie skalibruje.
    Inna sprawa że jak się chce dokładne pomiary to się wstawia porządny ADC a nie kombinuje a ATMegą ;)

    Dodano po 8 [minuty]:

    Mirekk36: jak chcesz wstawiać diody to 1N4148. Swojego czasu też szukałem zastępcy diod Shottky’ego (BAT54) o małym prądzie upływu. I nie spodziewając się tego okazało się że chyba popularna 1N4148 będzie najlepsza ;)
    Ja idąc za tropem albertb-a bym wstawił rezystory kilka k do dzielnika. Za nimi filtr RC, ale jeszcze nie wiadomo jaki. I te diody. Dalej wtórnik i ATMegę od razu.
    Jak coś nie tak to poprawcie.

    0
  • #28 09 Kwi 2010 15:23
    trol.six
    Poziom 30  

    atom1477 napisał:
    albertb napisał:
    A jak bardziej stłumi, to chyba łatwiej wyfiltrować mniejsze zakłócenia ( a nie jak poprzednio pisałeś bez znaczenia).

    Owszem. Ale stosując filtr zaledwie pierwszego rzędu i tak trzeba zaprojektować go na bardo niską częstotliwość graniczną aby dobrze filtrował. Więc ta niewielka dodatkowa ilość zakłóceń z kabla niewiele tutaj zmienia.
    Owszem zmienia, ale dopóki nie wiemy na ile śmieci przetwornica i jak długi będzie kabel to nic nie wiadomo. Na moje oko i tak o wiele więcej śmieci będzie z innych źródeł (których nie stłumimy małą rezystancją) niż z tego kabla.

    Zastosowanie filtra w pewnym sensie jest obowiązkowe i wynika z zastosowania przetwornika ADC. Filtr powinien ciachać pasmo poniżej dwukrotnej częstotliwości próbkowania. Reszte wyników można łatwo uśrednić. To jak skuteczny powinien być, zależy już od czynników innych ;) Poza tym o te inne zakłócenia albo raczej ich brak czy też minimalizacje, też należy zadbać. Ale myśle wykracza to poza tematyke. ;)

    0
  • #29 09 Kwi 2010 16:57
    94075
    Użytkownik usunął konto  
  • #30 09 Kwi 2010 17:01
    atom1477
    Poziom 43  

    PS. Chm, dla mnie właśnie 50k i 10k to były te moje duże wartości rezystancji ;)

    0