Problème d'impédance d'entrée d'un ADC du STM32F3

[alexgamo]

Bonjour,

Je réalise des lectures continues d'un ADC d'un STM32F3 (100 pins), de 7 de ses canaux (broches PD8 à PD14 du STM32),
par DMA, avec un sample time de 601.5 cycles, et l'horloge de l'ADC est à 36 MHz. La tension de référence de l'ADC est de 3.003 V.

Sur 2 des canaux, j'ai le circuit de l'image jointe ("Montage 1").
Lorsque je mets 2V constant (généré par le DAC1 du STM32) sur l'entrée "Humid_1_OUT", je vois le signal présent sur l'image jointe "Signal montage 1" en entrée de l'ADC.
Les créneaux de 3V sont provoqués lors de la conversion du canal sondé. De plus, on peut y voir que les conversion des canaux suivants ont des répercussions sur ce signal.
Les valeurs numériques renvoyées par l'ADC sont erronés : je lis 2.9 V au lieu des 1.47 V théorique.

D'après la datasheet du STM32, la résistance que voit l'ADC à son entrée ne doit pas dépasser 68 kOhms.
J'ai donc placé un suiveur entre le pont diviseur et l'entrée de l'ADC, l'AOP utilisé est le TLC27L2. L'AOP est alimenté en 0-5V.
Toujours avec 2V en entrée du pont diviseur, j'obtiens le signal de l'image "Signal avec suiveur".

Les valeurs retournées par l'ADC avec le suiveur sont cohérentes avec ce à quoi je m'attendais, mais je n'arrive pas à comprendre ce qu'il se passe sur le signal d'entrée de l'ADC
et comment diminuer les variations de ce signal.

Savez-vous d'où proviennent ces fluctuations et comment les limiter s'il vous plait ?

Cordialement,
-----

[DAUDET78]

Sans un lien WEB sur la datasheet de l'ADC du STM32F3
Sans le schéma du suiveur
Sans indication du niveau 0 de référence sur les oscillogrammes

.......

[alexgamo]

Les canaux ADC que j'utilise sont 7 canaux lents (slow channels).
Les caractéristiques de l'ADC de ce STM sont disponibles ici, au paragraphe 6.3.19 :
http://www.st.com/web/en/resource/te...DM00118585.pdf

J'ai mis le montage utilisé avec le suiveur ci-dessous.

Pour les oscillogrammes, les signaux sont mesurés entre l'entrée de l'ADC et la masse.
La référence 0 du channel 2 de l'image "Signal montage 1" se trouve sur celle du channel 3 (la valeur la plus élevée sur le channel 2 est de 3 V).
Sur l'image "Signal suiveur", la tension la plus élevée sur le channel 2 vaut 2.5 V (5 divisions entre la référence et le pic de tension).

[DAUDET78]

Tu débranches la liaison à l'ADC :
- forme du signal en sortie du DAC ?
- forme du signal en entrée du suiveur ?
- forme du signal en sortie du suiveur ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[alexgamo]

Voici les signaux en ayant déconnecté l'ADC :
Sur Channel 1 : Sortie du DAC
Sur Channel 2 : Entrée du suiveur
Sur CHannel 3 : Sortie du suiveur

Liaison ADC deconnectee.JPG


Et voici ce que j'obtiens lorsque je reconnecte l'ADC, les channels correspondent aux mêmes signaux que ci-dessus :

Liaison ADC connectee.JPG

[DAUDET78]

Pour moi, Le TLC27L2 est :
- trop faiblard pour sortir du courant (sur la doc, tout est donné avec une charge de 1Mo)
- trop lent pour réagir aux secousses données par l'ADC

Supprime ton ampliOP :
- tu branches direct ton ADC sur le pont diviseur
- tu découples ton pont diviseur par une 0,1µF

[alexgamo]

Sans AOP et avec la capa de 0,1µF, j'obtiens une tension constante en entrée de l'ADC qui est de la même valeur que la tension de sortie du DAC.

[alexgamo]

J'ai l'impression que du courant sortant de l'ADC vient perturber la tension d'entrée à chaque conversion.

J'ai aussi testé le montage suivant :

Montage gain AOP.JPG


Le signal sur l'entrée de l'ADC est ci-dessous :

TEK0010.JPG

Il est centré autour de 1.5V comme attendu mais des fluctuations persistent, de 500 mV d'amplitude CC environ.

L'AOP est toujours un TLC27 car c'est le seul que j'avais sous la main.
Un AOP mieux adapté pour ce montage (plus rapide, plus de courant de sortie) pourrait-il faire disparaître (ou diminuer grandement) ces fluctuations ?

Merci à vous.

[DAUDET78]

Sans AOP et avec la capa de 0,1µF, j'obtiens une tension constante en entrée de l'ADC qui est de la même valeur que la tension de sortie du DAC.

Et sans la liaison ADC ?

[_asm_]

Hum...
As-tu du 5v sur un pin non 5v-tolerant ?? Par exemple un adaptateur usb-uart... ?
Et ça te pourris l'adc aux travers des diodes de protection... ?

[alexgamo]

En débranchant l'ADC, j'avais un signal constant et propre en sortie de l'AOP.

J'ai vérifié les tensions sur les pins du STM et effectivement, j'avais du 5V sur deux des entrées ADC ......
Le problème venait du montage ci-dessous, lorsque les thermistances ne sont pas connectées, le 5V se retrouve directement sur l'entrée....



En dessoudant les résistances "pull-up" des thermistances, je retrouve un signal constant, sans perturbations, sur l'entrée ADC.

Veuillez m'excuser de vous avoir fait perdre votre temps sur un problème aussi stupide... et merci à vous deux, DAUDET78 et _asm_.

[bobflux]

C'est très simple, quand ce genre d'ADC échantillonne la tension d'entrée, il le fait en chargeant un condensateur Cs (sampling cap), ce qui tire un courant sur l'entrée (à chaque conversion, une certaine quantité de charge est demandée pour charger la capa). Les switch du multiplexeur vont aussi injecter un peu de charge parasite.

On a donc deux aspects à considérer :

1- L'aspect statique :

Si tu convertis à une fréquence Fs, et qu'il faut une charge Q pour charger Cs, alors un courant moyen Fs*Q apparaît en entrée. Je dis moyen car c'est en fait une série de pics. Si tu découples l'entrée avec une capa (mettons, 10nF NP0), alors ce courant moyen est tiré sur la source, et tu as donc un offset, dépendant de la résistance de la source, de Fs, et de la tension qu'il y a sur Cs avant la fermeture du switch, qui est inconnue. Si le fabricant recommande de ne pas dépasser 68kOhms d'impédance de source, il te dit en fait que ça correspond à une erreur sera de moins de 1 LSB.

2- L'aspect dynamique

Si il n'y a pas de condensateur pour découpler l'entrée, alors le pic de courant pour charger Cs est fourni par la source. Il faut visualiser le processus. D'abord le switch se ferme, ensuite Cs est chargée à travers l'impédance de la source, et enfin le switch se rouvre, et le uC fait sa conversion. On a donc comme condition que la tension soit stabilisée à +/- 1 LSB de la valeur voulue quand le switch se rouvre. Si la tension n'a pas eu le temps de se stabiliser, on convertira la mauvaise valeur.

Le temps que le switch reste fermé est dans la datasheet.

Si le fabricant recommande de ne pas dépasser 68kOhms d'impédance de source, ça veut aussi dire que RC = Cs * 68k donne une constante de temps qui correspond à un "settling time" à moins de 1 LSB dans le temps où le switch est fermé.

Si la source est un AOP basse consommation, ultra-lent (GBW 100 kHz), avec une sortie rail to rail d'impédance élevée (check), un settling time non spécifié mais probablement asthmatique (check), etc, comme ton TLC27L2, ben le résultat sera n'importe quoi.

Vu le nom des nets (humi, temp...) on a des signaux LENTS. Donc,

- Il est inutile de convertir comme un dingue ! 10x par seconde ça suffit largement !

- On découple l'entrée de l'ADC avec une capa de valeur supérieure à Cs * 2^(nb de bits de l'ADC) en C0G ou NP0, pas en X7R steuplé, sinon tu fabriques un microphone
- On s'assure que le filtre qu'on vient de faire a une fréquence de coupure qui convient
- On vire l'AOP
- On vérifie que le courant de fuite des diodes ESD * résistance de source = offset pas trop élevé
- etc, etc

[alexgamo]

Merci beaucoup bobfuck pour cette explication !
Je ne savais pas réellement comment fonctionne un ADC et ça m'évitera surement de faire des erreurs par la suite.