Какие возможности дает дифференциальный вход АЦП AVR ?

Gmail
Offline
Зарегистрирован: 15.05.2017

Какие принципиальные  возможности дает дифференциальный вход АЦП AVR , те вход построенный из пары входов ? Может быть при измерении переменного напряжения не надо вводить в сигнал постоянное положительное смещение?

Волшебник
Offline
Зарегистрирован: 22.12.2016

Смещение надо в любом случае. Дифф имеет смысл если сигнал датчика тоже дифф,. или когда нужен усилитель, у авр-ов масштабируемый 10х-200х ОУ по дифф входам.

dimax
dimax аватар
Онлайн
Зарегистрирован: 25.12.2013

Gmail, дифф входы бывают двух типов. И их сразу нужно разделить, ибо у них совершенно разные возможности. Обычный диффвход (как в всроенном ацп меги) требует подачи сигналов относительно своей земли.  А есть True-Differencial, у них нет надобности в сигнале относительно земли, сигнал может быть быть между входов.   Соответссно во втором случае на вход можно подавать чистую переменку без смещений.

Logik
Offline
Зарегистрирован: 05.08.2014

Возможности просто огромные дает. С его помощю несколько раз удавалось осадить зарвавшегося есесовца, когда он стм нахваливал, утверждая что тот может все что и авр. А вот хрена!

Gmail
Offline
Зарегистрирован: 15.05.2017

dimax пишет:
дифф входы бывают двух типов. И их сразу нужно разделить, ибо у них совершенно разные возможности. Обычный диффвход (как в встроенном ацп меги) требует подачи сигналов относительно своей земли.  А есть True-Differencial, у них нет надобности в сигнале относительно земли, сигнал может быть быть между входов.   Соответсвено, во втором случае на вход можно подавать чистую переменку без смещений

Тогда в чем преимущество для меги avr  дифференциального входа, занимающего пару входов  по сравнению с таким же одиночным ? Каждый из пары измеряет напряжение свое напряжение относительно AGND  ?

dimax
dimax аватар
Онлайн
Зарегистрирован: 25.12.2013

Gmail, да мало преимуществ, но есть.  Основное назначение -измерять напряжение между двух точек, классический пример -на шунте.  Без диффвхода понадобится как минимум два измерения, и они не будут синхронны, а значит если ток не постоянный, то измерится не пойми что. С дифф входом это одно измерение, и оно достоверно, конечо в меру своей точности.

Arhat109-2
Offline
Зарегистрирован: 24.09.2015

Собственно да. Все преимущество - это замер РАЗНИЦЫ одним измерением, что иногда критично. Пример не только с шунтом.

Хороший пример "дифференциальное" ухо - съем разницы сигналов с двух микрофонов и определение направления звука по знаку и величине разницы. 2 Ступени встроенного усилителя позволяют "переключать шкалу чувствительности" программно "на лету":

-"Вась, а Вась!" и робот шустро крутит серву в вашу сторону .. и пуляет "лазером". :)

 

Gmail
Offline
Зарегистрирован: 15.05.2017

dimax пишет:
Gmail, да мало преимуществ, но есть.  Основное назначение -измерять напряжение между двух точек, классический пример -на шунте.  Без диффвхода понадобится как минимум два измерения, и они не будут синхронны, а значит если ток не постоянный, то измерится не пойми что. С дифф входом это одно измерение, и оно достоверно, конечо в меру своей точности.
Прочел в книге Евстифеева мысль, но не могу понять ее. Автор описывает возможность использовать один и тот же вход АЦП как положительный и отрицательный, как такое возможно одновременно?

ssss
Offline
Зарегистрирован: 01.07.2016

Эта херня на уровне надобности как и команда тогглить пин, не более.

dimax
dimax аватар
Онлайн
Зарегистрирован: 25.12.2013

Gmail,  В даташите это не комментируется, на этот счёт есть пояснение ДиХалта.

Arhat109-2
Offline
Зарегистрирован: 24.09.2015

Уже не помню где, но у Атмела что-то было за такое разъяснение ..

У Дихалта классный ресурс, очень много выложенно полезного, особенно для новичков. Когда делал свои приблуды по USART, SPI, I2C подглядывал не только в даташит, но и туда тоже. Просто классный стиль изложения.

А вот по АЦП, он похоже так и не разобрался. Там прикол в том, что 50-200кГц - это тактовая АЦП для получения наибольшей точности измерений. Согласно даташиту он вполне работоспособен и на 1 и даже на 2Мгц, но при этом нет старших(? вот тоже не разобрался) разрядов. То есть на 8-и битах можно смело поднимать частоту АЦП и частота съема результата при потоковой оцифровке = FADC / 13, то есть при 1 Мгц можно получать 76.9 килосемплов в сек. Эта цифирь даже есть в даташите на мегу2560! Сам не знаю, такие частоты не юзал, но получал вполне вменяемый 10-и битный результат тактируя на 250кГц.

У него в комментах хорошо написано то, за что уже писал ранее: точность оцифровки 8 бит - это прибор класса точности 0.4%. аналоговые приборы класса 0.5% относились всегда к ПОВЕРОЧНЫМ и были офигительно аккуратно сделаны и имели зеркальную шкалу .. ваще-то. То есть, часто не "мега виновата", а "руки кривые". :)

Растудайкин
Offline
Зарегистрирован: 19.05.2017

Arhat109-2 пишет:
Согласно даташиту он вполне работоспособен и на 1 и даже на 2Мгц, но при этом нет старших(? вот тоже не разобрался) разрядов. То есть на 8-и битах можно смело поднимать частоту АЦП и частота съема результата при потоковой оцифровке = FADC / 13, то есть при 1 Мгц можно получать 76.9 килосемплов в сек. Эта цифирь даже есть в даташите на мегу2560! Сам не знаю, такие частоты не юзал, но получал вполне вменяемый 10-и битный результат тактируя на 250кГц.

При повышении частоты разрядов ADC все равно будет 10, но два маладших будут содержать гарантированный мусор (шум), а может быть и еще 1 младший тоже шум.

Arhat109-2 пишет:
У него в комментах хорошо написано то, за что
У Дихалта никак не описан обязательный порядок считывания  регистров ADCL и ADCH, а он очень важен. После считывания одного из них (не помню какого, наверное младшего) шина данных АЦП блокируется до считывания второго. Это сделано, чтобы получить две половинки от одного измерения, а не от разных. 

Arhat109-2
Offline
Зарегистрирован: 24.09.2015

Это так для всех 16-и разрядных регистров периферии у Атмел. Как-то привык уже, поэтому не замечаю наверное. :)

Да, при повышении частоты теряются младшие биты. В даташите написано что для частоты в 1Мгц реально будет только 8 разрядов. На 250кГц я получал относительно живыми все 10 .. колебания в младшем разряде, но они и так прописаны доктором. Выше сам не юзал.

Но даже 76.9 килосемплов - это очень неплохо, особенно для 0.4% относительной точности как прибора, что мало кто вообще осознает. :)

ua6em
ua6em аватар
Offline
Зарегистрирован: 17.08.2016

Arhat109-2 пишет:

Это так для всех 16-и разрядных регистров периферии у Атмел. Как-то привык уже, поэтому не замечаю наверное. :)

Да, при повышении частоты теряются младшие биты. В даташите написано что для частоты в 1Мгц реально будет только 8 разрядов. На 250кГц я получал относительно живыми все 10 .. колебания в младшем разряде, но они и так прописаны доктором. Выше сам не юзал.

Но даже 76.9 килосемплов - это очень неплохо, особенно для 0.4% относительной точности как прибора, что мало кто вообще осознает. :)

да осознаём мы, осознаём )))

вот еще бы пример использования, для шунта, я бы попытал еще раз свой чёрный ящик модернизировать

Растудайкин
Offline
Зарегистрирован: 19.05.2017

Arhat109-2 пишет:
Но даже 76.9 килосемплов - это очень неплохо, особенно для 0.4% относительной точности как прибора, что мало кто вообще осознает. :)

Зачем нужно 77K/сек для постоянного напряжения. На форуме не все помнят суть теоремы Котельникова (частота преобразования для восстановления сигнала), а некоторые никогда  не знали о ней.

 

negavoid
Offline
Зарегистрирован: 09.07.2016

Не очень понятно, что вы хотели сказать упоминанием Найквиста и Шеннона в теме про дифференциальный вход ацп, и при чём тут постоянное напряжение?

Arhat109-2
Offline
Зарегистрирован: 24.09.2015

Видимо свалено в кучу 2 утверждения, что для контроля относительно медленно меняющегося напряжения стока не треба, а согласно теореме на 76.9 за ВЧ сигналом все одно не уследишь .. типа не создать на этом осцилоскоп с шириной пропускания 0-1Ггц .. вот никак. :)

Alex_Ferrum
Offline
Зарегистрирован: 04.05.2015

Возможности дифференциального входа АЦП невозможно переоценить, вот только небольшой список преимуществ, которые дает АЦП с дифференциальным входом:

1. У устройств (причем не важно аналоговых или цифровых) с дифференциальными входами/выходами начиная от инструментальных усилителей и заканчивая цифровыми интерфейсами передачи данных (USB, RS-485 и так далее), есть очень важное преимущество, а именно очень сильное подавление синфазных помех и наводок, вот тут товарищи упоминали об измерении напряжения на датчике тока (резисторе) не привязанном к "земле", но помимо того что между 2 измерениями может измениться ток через данный датчик, могут также "измениться" и помехи, наводимые на вход АЦП. А в случае дифференциального входа АЦП, помеха одинаково действует на оба входа и практически полностью подавляется. Другой пример - мостовые измерительные схемы, там скорость изменения параметров иногда очень медленная (например в случае измерения температуры), но и величина на которую меняются параметры тоже бывает небольшая, то есть величина изменения входного сигнала, вполне сопоставима с уровнем помех, а за счет подавления дифференциальным АЦП синфазных помех, мы эти помехи убираем, оставляя полезный сигнал. По этой же причине в случае использования дифференциального АЦП, есть возможность усиления сигнала до 200 раз. В случае использования входа привязанного к земле (то есть не дифференциального), помехи не подавляются и благополучно бы усиливались вместе с полезным сигналом в 200 раз.

2. По сути продолжения первого пункта. Дифференциальный вход позволяет подключать к АЦП источники слабого сигнала с высоким выходным сопротивлением находящиеся на относительно большом расстоянии от контроллера.

3. Дифференциальный вход АЦП, позволяет использовать режим непрерывного преобразования АЦП при измерении напряжений не привязанных к "земле", то есть не расходуя ресурсы контроллера (на переключения между несколькими входами АЦП, на вычисление среднего арифметического нескольких измерений для защиты от помех, в конце концов на вычитание измерений на одном входе из измерений на другом входе). Тем самым у нас для измерения напряжения используется только периферия, а ресурсы арифметико-логического устройства, то есть процессора не задействуются, позволяя реализовать на более простом и дешевом контроллере, с более низкой тактовой частотой более сложные устройства.

Logik
Offline
Зарегистрирован: 05.08.2014

ua6em пишет:

Arhat109-2 пишет:

.Да, при повышении частоты теряются младшие биты. В даташите написано что для частоты в 1Мгц реально будет только 8 разрядов. ....

Но даже 76.9 килосемплов - это очень неплохо, особенно для 0.4% относительной точности как прибора, что мало кто вообще осознает. :)

да осознаём мы, осознаём )))

Нет. Нифига вы не осознаете! Вы это еще не прочувствовали! Но мы идем к Вам ;)

Тем более что погрешность не 0.4%, а таки +-0,2%. Т.к. один разряд от 8 - это несиметричный интервал. Переведя его в симетричный получим так. Правда еще с линейностью есть вопросы.

Arhat109-2
Offline
Зарегистрирован: 24.09.2015

Ну так и в теме за пультоскоп тоже наглядно показано что 328 дунька нормально пашет на делите 4 с тактовой частоты 27Мгц при внешнем AREF. А это уже частота оцифровки = 27/4/13 около 500 килосемплов в сек. Доделаю свою память и можно ваять пультоскоп с буфером на 32 кила, а то и поболее .. :)

Надо проверить пашет ли АЦП у Меги 2560 с делителем 2 (8Мгц тактовая АЦП) и сколько разрядов там останется, да в дифф. режиме ..

ua6em
ua6em аватар
Offline
Зарегистрирован: 17.08.2016

Logik пишет:

ua6em пишет:

Arhat109-2 пишет:

.Да, при повышении частоты теряются младшие биты. В даташите написано что для частоты в 1Мгц реально будет только 8 разрядов. ....

Но даже 76.9 килосемплов - это очень неплохо, особенно для 0.4% относительной точности как прибора, что мало кто вообще осознает. :)

да осознаём мы, осознаём )))

Нет. Нифига вы не осознаете! Вы это еще не прочувствовали! Но мы идем к Вам ;)

Тем более что погрешность не 0.4%, а таки +-0,2%. Т.к. один разряд от 8 - это несиметричный интервал. Переведя его в симетричный получим так. Правда еще с линейностью есть вопросы.

у меня сейчас 0,003 ))) иначе имплазии не видать (правда программно)

Logik
Offline
Зарегистрирован: 05.08.2014

Это точно! Век имплазии не видать. Особено элиптической.

ua6em
ua6em аватар
Offline
Зарегистрирован: 17.08.2016

Logik пишет:

Это точно! Век имплазии не видать. Особено элиптической.

Осипов из Краснодара, делает свои генераторы с катушками, там ей и не пахнет, но тоже работает
Ох уж эти конструкторы )))
 

Logik
Offline
Зарегистрирован: 05.08.2014

Гянул немного начала, чего это они матерятся через слово в торговом центе?

ua6em
ua6em аватар
Offline
Зарегистрирован: 17.08.2016

Logik пишет:

Гянул немного начала, чего это они матерятся через слово в торговом центе?

Они не матерятся, запикано название центра, реклама однако, на ютубе это запрещено )))

Да, кстати, если взять процент точности, то как раз в серединку лучше чем  0,3% получается )))

А вот если бы удалось измерять падение на резисторе 0,1 ома средствами ардуино в диффрежиме с такой точностью, удалось бы обойтись без INA219 (минус 120 рублей), при токе 1 ампер, это 0-100 милливольт с 10 битным разрешением, INA219 использую в 12 битном разрешении

Logik
Offline
Зарегистрирован: 05.08.2014

/// при токе 1 ампер, это 0-100 милливольт

Ставим ОУ с ООС и усилением 10. Получаем с него диапазон 0-1В. Включаем себе внутренее опорное 1,1В и получаем младший бит в 0,1мВ.

А вобще конкретные решения зависят от конкретной задачи, например гнать 1А можна не все время, а только при измерении, или включить сопротивление в RC цепочку и мерить время заряда или разряда. Или ОУ с ООС в которую цифровой потенциометр поставить. Можна и внешний АЦП разумеется.

Gmail
Offline
Зарегистрирован: 15.05.2017

Alex_Ferrum пишет:
А в случае дифференциального входа АЦП, помеха одинаково действует на оба входа и практически полностью подавляется. Другой пример - мостовые измерительные схемы, там скорость изменения параметров иногда очень медленная (например в случае измерения температуры), но и величина на которую меняются параметры тоже бывает небольшая, то есть величина изменения входного сигнала, вполне сопоставима с уровнем помех, а за счет подавления дифференциальным АЦП синфазных помех, мы эти помехи убираем, оставляя полезный сигнал. По этой же причине в случае использования дифференциального АЦП, есть возможность усиления сигнала до 200 раз. В случае использования входа привязанного к земле (то есть не дифференциального), помехи не подавляются и благополучно бы усиливались вместе с полезным сигналом в 200 раз.

А что лучше для уменьшения помех дифф сигнала - усилить внешним инструментальным усилителем и подать на вход АЦП или воспользоваться встроенным  в AVR усилителем PGA?

Тот же вопрос - что лучше для сигнала привязанного к GND ?

Arhat109-2
Offline
Зарегистрирован: 24.09.2015

Лучше купить полноценный, готовый девайс, а не гадать на кофейной гуще "что лучше". Дороже правда.

Alex_Ferrum
Offline
Зарегистрирован: 04.05.2015

Я думаю можно воспользоваться PGA AVR. Внешний инструментальный усилитель наверное есть смысл использовать или в случае АЦП с высоким разрешением (18-22 бита) или в случае измерения очень малых напряжений (порядка сотен микровольт или единиц милливольт), но в этом случае АЦП AVR уже не подойдет и там уже совершенно другая схемотехника.

Если интересуют микросхемы внешних усилителей, то в качестве дифференциального могу посоветовать INA333, в качестве операционного AD8552, это для усиления очень слабых сигналов. Также имейте ввиду что требуется выходной сигнал с усилителя необходимо смещать, так как даже у усилителей, даже RAIL-TO-RAIL все равно на выходе нельзя установить уровень земли или напряжение питания, если не изменяет память, например, у AD8552 выходное напряжение может варьироваться от 25 милливольт до 4,975 вольта, при напряжении питания 5 вольт, соответственно если мы построим усилитель с коэффициентом усиления 10 и подадим на вход 1 милливольт, то на выходе мы получим не 10 милливольт, а 25 милливольт. Поэтому выходной сигнал с усилителя было бы неплохо сместить хотя бы на 100-200 милливольт, кстати после этого нам точно понадобиться дифференциальный вход у АЦП.

ua6em
ua6em аватар
Offline
Зарегистрирован: 17.08.2016

Да, INA333 отличный девайс, интересно, есть ли коммутаторы с аналогичными токами утечки?
 

Logik
Offline
Зарегистрирован: 05.08.2014

Тоже уважаю инструментальные ОУ. Жаль только по частоте они не блещут. Но ток входа 0,2нА - это всего 1250 электронов за мксек. И на 1МГц получаем 625 электронов в одну сторону и 625 в другую. На все емкости и утечки. ОУ на грани квантовой физики!

ua6em
ua6em аватар
Offline
Зарегистрирован: 17.08.2016

Logik пишет:

Тоже уважаю инструментальные ОУ. Жаль только по частоте они не блещут. Но ток входа 0,2нА - это всего 1250 электронов за мксек. И на 1МГц получаем 625 электронов в одну сторону и 625 в другую. На все емкости и утечки. ОУ на грани квантовой физики!

он в девайсе по методике Фоля будет хорош!!! так сказать неразрушающее воздействие при измерении, а то после диагностики неделю к человеку с фолем подходить низзя )))