Схемотехника ацп
Рассмотрим две схемы применения встроенного АЦП на примере известного нам уже датчика давления и МК ATmega128 фирмы Atmel. Первая очевидная, но неправильная, вторая приемлемая.
У АЦП этого МК есть следующие выводы – выводы т.н. аналогового питания – питание, которое подается непосредственно на АЦП. Вывод внешнего опорного напряжения – сюда подается напряжение в масштабе, которого будет производиться преобразование. Как правило, у МК существует внутренний источник опорного напряжения.
Первой важной вещью при работе с АЦП является обеспечение низкошумящего питания для блока АЦП. Кроме этого для источника опорного напряжения необходима также его стабильность (отсутствие дрейфа) в пределах значения младшей единицы АЦП.
Крайне нежелательно, а вообще говоря, противопоказано использовать в качестве ИП АЦП тот же источник, что и для питания цифровой части МК.
Для рассматриваемой нами схемы мы имеем следующее – напряжение питания и выходной сигнал датчика таковы, что в качестве опорного нам следует использовать напряжение питания AVCC.
Мы помним, что у датчика давления выход пропорционален напряжению питания. Следовательно, все дрейфы и шумы ИП будут переданы на выход датчика и попадут на вход АЦП. С другой стороны, поскольку в качестве опорного напряжения у нас используется напряжение питания, соответственно все шумы и дрейфы этого источника попадут, также в АЦП и в итоге помимо полезного сигнала мы получим полезный сигнал + суперпозиция шумов источников. Избежать этого можно очень просто – использовать для всей аналоговой части схемы общий источник ИП, тогда указанные дрейфы будут скомпенсированы.
Для того, чтобы заглушить ВЧ наводки по цепям питания, следует около каждого компонента около его выводов питания ставить т.н. развязывающие конденсаторы – керамические ВЧ конденсаторы малой емкости 0.01-0.1 мкФ.
Заканчивая разговор об ИП, отметим последнюю вещь. Как правило, при изготовлении ПП свободное от проводников площадь заливается земляным полигоном. Крайне важно, чтобы земляной полигон аналоговой земли и цифровой были соединены только в одной точке на общем источнике питания и желательно через небольшое (единицы Ом) сопротивление. В общем, топология должна быть такой, как будто вы присоединяете аналоговую схему двумя проводами к ИП – это должно быть ясно видно.
Последнее. Выше мы указали на то, что когда нарушается теорема Котельникова можно получить очень неприятные эффекты и результаты.
Для того, не нарушать теорему, на входе АЦП ставят простой RC-фильтр, который давит частоты, выше частоты Котельникова. Расчет параметров этого фильтра производится следующим образом:
В нашем случае мы имеем самую простую схему использования АЦП. Современные производители стремятся делать продукцию, сводимую к ней, но в реальности из-за необходимости согласования сигналов схемотехника будет гораздо более сложной – необходимы масштабирующие стабильные усилители-фильтры и прочая мутота, которая выходит за рамки курса. Как правило, все параметры, типовые схемы и номиналы элементов указываются в документации на компоненты (datasheet) и в т.н. указаниях к применению (application notes). Эти документы всегда доступны у производителя.
