STM32 АЦП шум Опции

[MiklPolikov]

Всем привет !

Сделал диктофон на microSD карточке , и STM32L151
Обнаружил, что в аудио записи шум в последнем 8ом разряде АЦП, втакт записи на карточку.
На плате цифровая и аналоговая земля не разделены, но весь нижний слой - шина земли почти без разрывов.

Поэкспериментировал :
1) Вместо микрофона припаял делитель 1К/1К + конденсатор на землю. Получил результат АЦП 0x80 , и втакт записи карточки результат на время становится 0x7F
(как будто "провисло" опорное напряжение)

2)Замкнул вход АЦП на аналоговый вход питания МК . Получил результат АЦП 0xFF , и втакт записи карточки результат на время становится 0xFE

3)Разрезал слой земли, всю аналоговую землю собрал проводами в одно место, подключал к разным местам общей земли. Ничего не меняется.

4)Ставлю параллельно SD карточке(она основной потребитель) конденсатор от 10uF до 1000uF . Ничего не меняется

5)При АЦП 12 бит эффект такой же , только не в одном последнем бите а в нескольких.

Вопрос :
Как вообще такое возможно, что вход АЦП замкнут на опортное напряжение проводом длинно 3см , и АЦП не всё время выдаёт 0xFF ?
Может , это внутренний глюк процессора ? Когда он начинает что-то делать и больше потреблять , значения АЦП плывут ?

[viterra]

Пока мы земли ПРАВИЛЬНО не разделили - огребали по полной программе =(
Мы теперь ставим 2 источника - для аналогового и цифрового питания - иначе чувствительность не выжать.
Как далеко источник питания от платы? На сколько он мощный (тока то хватает) ?
Фотка сего девайса бы то же не помешала.

[MiklPolikov]

Пока мы земли ПРАВИЛЬНО не разделили - огребали по полной программе =(
Мы теперь ставим 2 источника - для аналогового и цифрового питания - иначе чувствительность не выжать.
Как далеко источник питания от платы? На сколько он мощный (тока то хватает) ?
Фотка сего девайса бы то же не помешала.

Там li-ion аккумулятор. Аналоговое и цифровое питание сделано через разные стабилизаторы на MAX888х.
Но фокус-то в том, что сколько не меняй всё что вокруг процессора - помеха остаётся как есть с точностью до бит .

[Serj78]

Там li-ion аккумулятор. Аналоговое и цифровое питание сделано через разные стабилизаторы на MAX888х.
Но фокус-то в том, что сколько не меняй всё что вокруг процессора - помеха остаётся как есть с точностью до бит .

Карточка может ОЧЕНЬ много жрать. У нас логгер даже сбрасывался- не хватало стабилизатора с пиковым током 350ма.
Посмотрите, КАК идет питание карточки.
Очень может быть что оно проходит "через" процессор (у него много земляных ног,) и создает падение напряжения на внутренних проводниках, что как бы "подбрасывает" землю опорника или измерителя.

[MrAlex]

2)Замкнул вход АЦП на аналоговый вход питания МК . Получил результат АЦП 0xFF , и втакт записи карточки результат на время становится 0xFE

Аналоговое питание используется как опора?

[MiklPolikov]

Аналоговое питание используется как опора?

Да, в этом МК нельзя подругому.

[MrAlex]

Источник с хорошим PSRR на аналоговое питание, и померить внутренний референс или температуру.

[MiklPolikov]

Источник с хорошим PSRR на аналоговое питание,

Источник с плохим PSRR + конденсатор на 1000мкф , при том что ток потребления аналогового питания 400мкА не то же самое ?

[MrAlex]

А импульсный ток заряда? Во сколько раз больше?
Возможно фильтр с большой постоянной до источника полезен будет.

[MiklPolikov]

Посмотрите, КАК идет питание карточки.
Очень может быть что оно проходит "через" процессор (у него много земляных ног,) и создает падение напряжения на внутренних проводниках, что как бы "подбрасывает" землю опорника или измерителя.

При помощи лезвия сделал так что процессор теперь сидит на куске металла, соединённом с остальным металлом в одном месте. Теперь ток через процессор точно не течёт . И ничего не изменилось.

А импульсный ток заряда? Во сколько раз больше?
Возможно фильтр с большой постоянной до источника полезен будет.

Поставил перед источником резистор 1К , и картина шумов сильно изменилась. По всей видимости, источник питания MAX8881EUT25 начинает "подбрасывать" свой выход когда на его входе сначала
падает а потом обратно возрастает. Спасибо !

[PCBExp]

Пока мы земли ПРАВИЛЬНО не разделили - огребали по полной программе =(
Мы теперь ставим 2 источника - для аналогового и цифрового питания - иначе чувствительность не выжать.
Как далеко источник питания от платы? На сколько он мощный (тока то хватает) ?
Фотка сего девайса бы то же не помешала.

У нас приблизительно такая же картина планируется. Только схему заканчиваем. Хотим из STM32F100V8 (с отдельной опорой) выдавить точность не хуже 1%. Я так понимаю что последних 2 бита 12-тибитного АЦП будут шуметь в любом случае? Или если с землей грамотно обойтись и с раздельным (здоровым ) питанием то лучше будет? Еще есть вопрос по опоре - присмотрели вот такую LM4040AIM3-2.5. Есть у кого опыт использования шунтов в таких условиях?

Еще у нас с общим входным питанием не все просто. 14 вольт получается с флайбека. Иголки лезут до 100 милливольт после всех фильтров. Потом стоит степдаун на 5 вольт CS51411. Первая мысль была с него наделать 3.3 вольта для питания цифры и аналоговой части. Почитал все что выше и теперь думаю что надо LDO ставить сразу с 14 вольт и видимо не одно, а друг за другом пару чтоб все иголки удавить. Или может фильтр какой нибудь LC или что-то аналогичное?

[Gorby]

Еще у нас с общим входным питанием не все просто. 14 вольт получается с флайбека. Иголки лезут до 100 милливольт после всех фильтров. Потом стоит степдаун на 5 вольт CS51411. Первая мысль была с него наделать 3.3 вольта для питания цифры и аналоговой части. Почитал все что выше и теперь думаю что надо LDO ставить сразу с 14 вольт и видимо не одно, а друг за другом пару чтоб все иголки удавить. Или может фильтр какой нибудь LC или что-то аналогичное?

Ну что за ересь...

Разберитесь, как правильно осциллографом пользоваться.
Станьте скопом на землю. Убедитесь, что видите опять же иголки 100 милливольт.
Подумайте, откуда они там. И ЕСТЬ ли они там на самом деле.
А уж потом стройте гирлянды стабилизаторов.

Подсказка: на маленькой макетке сделайте на подходящем операционнике усилитель с Ку=20-50, запитайте его от батарейки и заэкранируйте. его входы подключите локально короткими проводниками к земле и к измеряемой цепи РЯДОМ. К выходу этого усилителя подключаете скоп. Смотрите. Анализируете. Говорите "аааааааааа".

[PCBExp]

Ну что за ересь...

Разберитесь, как правильно осциллографом пользоваться....

За совет и подсказку в принципе спасибо, попытка была неплохая.... Но к сожалению я знаю как мерить пульсации. И опять же к сожалению они там есть. Но чтобы развеять Ваши сомнения расскажу подробнее. Делитель на щупе ставится 1:1. На кончик щупа одевается спецательная пружина - контакт земли. Расстояние между сигнальной иглой щупа и концом заземляющей пружины - 4 мм. Поэтому на земляном крокодильном конце ничего лишнего не наведется - его просто нет. Измерения проводятся на керамическом конденсаторе, стоящем параллельно низкоимпедансному электролиту. Если такого объяснения не хватит - могу приложить фото, но пожалуйста поверьте я сражаюсь не с фантомами.
Флайбек дает 2 напряжения 16 вольт и 14 вольт. 14 вольт используется для отдельно гальванически изолированной схемы. Стабилизация напряжения происходит по другому плечу - 16 вольт. Конструкция флайбека не обсуждается - он не идеален, но другого сейчас нет мы будем стараться жить с таким.

Если Вы сильны в борьбе с подобными шпильками - расскажите как извести их для малопотребляющей схемы.

[Alexashka]

Еще у нас с общим входным питанием не все просто. 14 вольт получается с флайбека. Иголки лезут до 100 милливольт после всех фильтров.

А сколько же у Вас до фильтров пульсации? 10В? Попробую угадать, осциллограф у Вас цифровой.

[PCBExp]

А сколько же у Вас до фильтров пульсации? 10В? Попробую угадать, осциллограф у Вас цифровой.

Я сейчас уточнил - померил еще раз. Это не иголки а нормальная такая пила. Фильтр у нас простой совсем: обмотка, диод, 47 uF керамика, дроссель, низкоимпедансный 220uF электролит, 1uF керамика. Вот на последней керамике я эту пилу и наблюдаю. Осциллограф у меня INSTEK GDS-820C действительно цифровой. На двух плечах блока питания нагрузка меняется. Иногда включается и молотит GPRS но к счастью на другом плече. Вот там от GSM иголки. На этом плече таких пиков не бывает. Потребление возрастает сравнительно плавно. С этого плеча снимается до 4 ватт.

[Alexashka]

Я сейчас уточнил - померил еще раз. Это не иголки а нормальная такая пила. Фильтр у нас простой совсем: обмотка, диод, 47 uF керамика, дроссель, низкоимпедансный 220uF электролит, 1uF керамика. Вот на последней керамике я эту пилу и наблюдаю. Осциллограф у меня INSTEK GDS-820C действительно цифровой. На двух плечах блока питания нагрузка меняется. Иногда включается и молотит GPRS но к счастью на другом плече. Вот там от GSM иголки. На этом плече таких пиков не бывает. Потребление возрастает сравнительно плавно. С этого плеча снимается до 4 ватт.

Ну и какже тут без LDO? -Куча мощных нагрузок... а пилу LDO спокойно уберет. Я бы больше опасался наводок от RF (GSM) если антеннка неподалеку будет.

[PCBExp]

Ну и какже тут без LDO?...

Антенна GSM будет (в случае простого штыря) в 8 сантиметрах. Если антенну на кабеле вынесут то считай - бесконечность. GPRS (если с сетью все в порядке) молотит постоянно. Я совсем не против LDO. Вот только мне придется сначала 5 вольт получить для управления MOSFETами, а потом 3.3 для STM32 (из них уже опору). Может какой низкочастотный степдаун поставить для получения 5 вольт, а то рассеивать придется почти полватта. Очень не хочется просто землю обогревать....

[Alexashka]

Я совсем не против LDO. Вот только мне придется сначала 5 вольт получить для управления MOSFETами, а потом 3.3 для STM32 (из них уже опору). Может какой низкочастотный степдаун поставить для получения 5 вольт, а то рассеивать придется почти полватта. Очень не хочется просто землю обогревать....

Ну так правильно, LDO тем и хороши, что на них можно сделать небольшое падение, скажем пол вольта и снизить потери на тепло. Впринципе, если у Вас есть отдельная нога для REF может АЦП и стерпит помехи по питанию в 100мВ, это надо смотреть параметры АЦП такие как PSRR, тока врятли Вы их найдете.

[MrAlex]

Хотим из STM32F100V8 (с отдельной опорой) выдавить точность не хуже 1%. Я так понимаю что последних 2 бита 12-тибитного АЦП будут шуметь в любом случае? Или если с землей грамотно обойтись и с раздельным (здоровым ) питанием то лучше будет?

Для 12-bit заявлена +\- 5 бит суммарная ошибка, что есть +\- 0.12 %. Таким образом 1 % запросто достижим даже без калибровки.

Еще есть вопрос по опоре - присмотрели вот такую LM4040AIM3-2.5. Есть у кого опыт использования шунтов в таких условиях?

Параллельный стабилизатор со всеми вытекающими. Без большого конденсатора и буфера не годится. Уж лучше adr1582 или из refххх подобрать что-нибудь.

Я сейчас уточнил - померил еще раз. Это не иголки а нормальная такая пила. Фильтр у нас простой совсем: обмотка, диод, 47 uF керамика, дроссель, низкоимпедансный 220uF электролит, 1uF керамика. Вот на последней керамике я эту пилу и наблюдаю.

Пила из-за режима DC-DC возникает. В паузах весь ток берется с конденсатора, так что ставить его много-много больше.

[PCBExp]

Для 12-bit заявлена +\- 5 бит суммарная ошибка, что есть +\- 0.12 %. Таким образом 1 % запросто достижим даже без калибровки.
...

0.12% без калибровки это просто здорово. Обнадежили. Но не совсем понял (вернее совсем не понял). Вы уж простите если чушь спрошу, но ясность важнее.

"Заявлено +/- 5 бит суммарная ошибка".

Где заявлено, кем заявлено - почитать бы. Было бы здорово чтобы сам ST заявил - а то как бы сюрпризом не стало.
Младшие 5 бит из 12 (то есть верить только старшим 7-ми битам?) или как Вы считаете...

Относительно опоры мы тоже сомневаемся. REF3025 больше нравится но стоит чуть дороже. Видимо его выберем.

[MrAlex]

Младшие 5 бит из 12 (то есть верить только старшим 7-ми битам?) или как Вы считаете...

Не совсем так.
Имеется ввиду +\- 5LSB, 5 из 4096.

Даташит раздел Electrical characteristics, Operating conditions, 12-bit ADC characteristics.

[PCBExp]

Не совсем так.
Имеется ввиду +\- 5LSB, 5 из 4096.

Даташит раздел Electrical characteristics, Operating conditions, 12-bit ADC characteristics.

Это хорошая новость. А можете посоветовать какой нибудь операционный усилитель с низким офсетом. Пока самый дешевый что нашли OPA2376 около 1.1$. Без буфера как-то неуютно....

[MrAlex]

Это хорошая новость. А можете посоветовать какой нибудь операционный усилитель с низким офсетом. Пока самый дешевый что нашли OPA2376 около 1.1$. Без буфера как-то неуютно....

Советовать вообще дело неблагодарное. Буфер нужен только при высоком сопротивлении источника. Для 1% достаточно конденсатора в сто раз больше емкости семплирования.

[Basilij]

Для 12-bit заявлена +\- 5 бит суммарная ошибка, что есть +\- 0.12 %. Таким образом 1 % запросто достижим даже без калибровки.

0.12 это ~ 3 мВ при внутреннем опорном, АЦП Вопрос, а как сгладить, с выхода ЦАП эти 3 мВ?
Грубо говоря микрофон подключен к АЦП, оцифровываем, пишем в память, к ЦАПу подключен УЗЧ и он эти 3 мВ, усиливает жутко, превращая в шипение на динамике в моменты тишины.. как избавиться?

Выскажите свои идеи пожалуйста..

Добавлю
Самое что интересное на AT25 при записи в чистую память, установкой всяческих RC фильтров везде где только можно, удалось добиться идеальной тишины. Причём AT25 была припаяна на проводках, т.к. по ошибке у поставщика заказали AT25 вместо AT45 а платы были изготовлены под AT45. Так вот после установки AT45 это фоновое шипение... осцилом на 5 мВ/деление смотрю и вижу небольшие пульсации и Иголки на входе АЦП и питанию аналоговой части. при переходе на 2 мВ/деление, иголок нет но волны более выражение.

Перепаивал всё что только можно. Все вышеуказанные данные получены в результате замеров с выпаянным микрофоном. НО, в придачу ко всему появился эффект необычный, с ВЫПАЯННЫМ микрофоном, когда пишем в память или смотрим осцилографом вход AЦП, и если по плате ударить, или провести жёстким предметом по люьой её части, то это видно на осцилографе, и записываеться в карту памяти. Потом можно прослушать все стуки, все скрипы, длительность даже сохраняется. Какой элемент на плате мог начать работать как микрофон? Кондёр?

[MiklPolikov]

0.12 это ~ 3 мВ при внутреннем опорном, АЦП Вопрос, а как сгладить, с выхода ЦАП эти 3 мВ?
Грубо говоря микрофон подключен к АЦП, оцифровываем, пишем в память, к ЦАПу подключен УЗЧ и он эти 3 мВ, усиливает жутко, превращая в шипение на динамике в моменты тишины.. как избавиться?

Выскажите свои идеи пожалуйста..

Добавлю
Самое что интересное на AT25 при записи в чистую память, установкой всяческих RC фильтров везде где только можно, удалось добиться идеальной тишины. Причём AT25 была припаяна на проводках, т.к. по ошибке у поставщика заказали AT25 вместо AT45 а платы были изготовлены под AT45. Так вот после установки AT45 это фоновое шипение... осцилом на 5 мВ/деление смотрю и вижу небольшие пульсации и Иголки на входе АЦП и питанию аналоговой части. при переходе на 2 мВ/деление, иголок нет но волны более выражение.

Перепаивал всё что только можно. Все вышеуказанные данные получены в результате замеров с выпаянным микрофоном. НО, в придачу ко всему появился эффект необычный, с ВЫПАЯННЫМ микрофоном, когда пишем в память или смотрим осцилографом вход AЦП, и если по плате ударить, или провести жёстким предметом по люьой её части, то это видно на осцилографе, и записываеться в карту памяти. Потом можно прослушать все стуки, все скрипы, длительность даже сохраняется. Какой элемент на плате мог начать работать как микрофон? Кондёр?

Интересный эффект. По идее- при приложении механических усилий к керамическому кондёру он должен шуметь. Покажите свою чудо-схему.

[Snaky]

Какой элемент на плате мог начать работать как микрофон? Кондёр?

Легко. Особенно Y5V

[shkal]

Возьмите пробник 1:10 от любого скопа и постучите им по столу. Амплитуда генерируемого импульса вас удивит, я уверен.

[MiklPolikov]

Возьмите пробник 1:10 от любого скопа и постучите им по столу. Амплитуда генерируемого импульса вас удивит, я уверен.

Постучал и никакого импульса не обнаружил. При щупе замкнутом на его же землю, разумеется.

[PCBExp]

Постучал и никакого импульса не обнаружил. При щупе замкнутом на его же землю, разумеется.

Мы тоже один забавный эффект наблюдали. У нашего средства измерения 8 каналов. Собрано все на четырех сдвоенных операционниках OPA2376. Так вот на первой ревизии платы четные каналы (выводы 5 6 7) при отключенном входном сигнале кажут практически чистый 0 или шум 1 бит, а нечетные (выводы 1 2 3) - шум до 5 младших бит. На входах у них одинаковая тишина. Длина трасс отличается на 2-3 миллиметра в худшем случае. Во второй ревизии платы из принципиальных соображений разместили компоненты так чтобы длины были одинаковые , но при этом никаких лишних петель. Эффект - ноль. Как будто ничего не меняли. Пока напрашивается только один вывод - надо делать на восьми одиночных усилителях/буферах. Пока заказчика все устраивает и так, но след ревизия если дойдет до нее дело будет на одиночных усилителях.

[stealth_w]

У меня на STM32L151 при включении светодиода (ток около 0.5 мА - подключен на пин) - тоже наблюдалось изменение в измерениях АЦП (12 бит) в +-5. Так как сигнал был относительно 2.5 В то уход нуля меня не сильно порадовал Пришлось поставить делитель и замерять на еще одном канале АЦП его - потом посчитать и учесть ошибку. Найти внешние изменения напряжений я не смог - может точности не хватает у моих приборов ...

[PCBExp]

Мы тоже один забавный эффект наблюдали. У нашего средства измерения 8 каналов. Собрано все на четырех сдвоенных операционниках OPA2376. Так вот на первой ревизии платы четные каналы (выводы 5 6 7) при отключенном входном сигнале кажут практически чистый 0 или шум 1 бит, а нечетные (выводы 1 2 3) - шум до 5 младших бит. На входах у них одинаковая тишина. Длина трасс отличается на 2-3 миллиметра в худшем случае. Во второй ревизии платы из принципиальных соображений разместили компоненты так чтобы длины были одинаковые , но при этом никаких лишних петель. Эффект - ноль. Как будто ничего не меняли. Пока напрашивается только один вывод - надо делать на восьми одиночных усилителях/буферах. Пока заказчика все устраивает и так, но след ревизия если дойдет до нее дело будет на одиночных усилителях.