Нелинейности внутреннего АЦП в STM32, STM32F103RET6 GH22S 9U Опции

[zWitCh]

И так работаю с контроллером STM32F103RET6 GH22S 9U (это полная маркировка, вдруг важно), работаю на частоте 72 МГц, и вот какая проблема, не зависимо от времени семплирования и настроек АЦП при подачи на вход плавно меняющейся функции (и сигнал с датчика температуры - терморезистора, так и просто источник опорного напряжения регулируемый пробовал) на выходи имеем нелинейности - ступеньки на определенных значениях, см. вложение.

И так поиск по интернету не дал ответа на вопрос что это и как исправлять (ну кроме смены процессора, просто неисправность камня я исключил так как попробовал на двух идентичных контроллерах), положение ступенек не зависит от напряжения, то есть при изменении опорного напряжения ступеньки остаются в тех же точках, хоть это уже другие напряжения, точки в которых есть ступеньки характерные, в них одновременно сменяется сразу много разрядов (отметил это на графике).



Сообщение отредактировал zWitCh - Feb 25 2014, 09:10

[ViKo]

Входной ток у АЦП - это ток заряда внутреннего конденсатора, во время выборки. Если бы напряжения на внешнем и внутреннем конденсаторах были равными, вообще никакого тока не было бы.
Это не постоянная величина. Здесь ошибка.

Если источник сигнала (с его внутренним сопротивлением, или дополнительным последовательным резистором) способен зарядить внешнюю большую емкость за время от выборки к выборке, то почему он не справится с суммой внешней и маленькой внутренней? Если не справляется и с внешней - это и есть ограничение полосы.

В AN2834 пишут про то, что заряд с внутренней емкости может подзаряжать внешнюю, если слишком часто делать выборки. Это уже для случая большого сопротивления источника. Но не настолько большого, чтобы не успевать заряжать внешнюю емкость.

Если же говорить о постоянном входном токе АЦП (утечки, и т.п.), то он создает на сопротивлении источника постоянную ошибку. Это уже не зависит от емкостей вообще никак.

[Леонид Иванович]

Если бы напряжения на внешнем и внутреннем конденсаторах были равными, вообще никакого тока не было бы.

Верно. Но после процесса преобразования заряд внутреннего конденсатора в общем случае не равен начальному, который был в конце выборки. Более того, при мультиплексировании каналов этот заряд зависит от входного напряжения предыдущего канала. Т.е. входной ток есть, и он зависит как от входного напряжения данного канала, так и от входного напряжения предыдущего канала.

Это не постоянная величина. Здесь ошибка.

Понятное дело, что не постоянная, я же написал: "для худшего случая".

Если источник сигнала (с его внутренним сопротивлением, или дополнительным последовательным резистором) способен зарядить внешнюю большую емкость за время от выборки к выборке

Если способен зарядить с точностью до 1/2 LSB, то ошибки нет. Но с повышением частоты выборок появляется ошибка. Я предложил простую формулу, основанную на расчете среднего входного тока АЦП, которая дает оценку максимальной допустимой частоты выборок для конкретного Rin при условии Cext >> Csh.

Если не справляется и с внешней - это и есть ограничение полосы.

Ограничение полосы - это совсем другое. Можно взять две разных RC-цепочки с одинаковым тау, но с разным соотношением R и C. Они будут иметь одинаковую частоту среза. Но одна будет давать погрешность по DC, другая - нет. Это зависит от R.

Если же говорить о постоянном входном токе АЦП (утечки, и т.п.)

Ток утечек я вообще не рассматриваю из-за его малости.

[ViKo]

Я предложил простую формулу, основанную на расчете среднего входного тока АЦП, которая дает оценку максимальной допустимой частоты выборок для конкретного Rin при условии Cext >> Csh.

Нужно вот как считать. Внутренний конденсатор в конце преобразования Csh заряжен до некоего значения (наверное, до половины опорного), имеет заряд
Q = Uh * Csh
В режиме выборки внешний конденсатор Cext подключается к внутреннему, и внутренний заряд распределяется между обоими конденсаторами. Напряжение (без учета того, что уже есть на Cext, посчитаем выброс при выборке) будет рассчитываться так:
Uh * Csh = Us * (Csh + Cext)
Us = Uh * (Csh / Csh + Cext)
Чем больше внешний конденсатор, тем меньший выброс на входе АЦП будет при переключении в режим выборки.
Резистор Rin в расчете выброса не участвует. Он определяет наклон, с которым выброс спадает. Чем меньше резистор, тем короче выброс, согласно постоянной времени Rin * (Csh + Cext).