Problème d'impédance d'entrée sur ADC

[MatthieuW31]

Bonjour,

J'ai un problème qui paraît simple avec un ADC mais j'ai du mal à le résoudre.
J'envoie une tension issue d'un pont diviseur sur une entrée de l'ADC ADC108S052CIMT.
Voici le schéma de la fonction, j'ai supprimé les composants/fils qui n'ont rien à voir:
ADC_schema.png

Comme on peut le voir, on divise par 4 la tension présente sur le 12V pour obtenir un maximum de 3V en entrée de l'ADC. Le même filtre RC que celui préconisé par la datasheet a été ajouté entre le pont et l'ADC.
Seulement, plus l'entrée est proche de 0 et plus la précision est médiocre. Après investigation et relecture de la datasheet, c'est à cause de l'impédance d'entrée qui est beaucoup trop élevée pour cet ADC.
J'ai donc intercalé entre le pont diviseur et le filtre RC un AOP OPA344PA configuré en suiveur pour abaisser l'impédance. -> Le résultat est toujours insatisfaisant.
Enfin, en laissant le suiveur mais en enlevant la capa 1nF du filtre, le résultat est conforme à ce qui est attendu.

J'ai commandé un quadruple AOP LM324PWR et ai réalisé le même montage que le précédent, avec, puis, sans la capa de 1nF. Dans les 2 cas, les résultats sont mauvais! Précision: l'alim V+ de l'AOP est prise sur un +5V propre de la carte (même masse que pour le +3.3V) car une entrée de l'AOP doit être inférieure à V+ - 1.5V => 5V - 1.5V = 3.5V. J'ai également essayé avec une alim +12V propre, les résultats sont identiques qu'avec l'alim +5V.

Voici ce que j'obtiens lorsque je monte le LM324PWR en suiveur après le pont diviseur et que je laisse la résistance de 22Ohm, sans la capa de 1nF:

• +12V = 0V => Valeur lue: 26mv
• +12V = 3V => Valeur lue: 2.977V
• +12V = 6V => Valeur lue: 5.762V
• +12V = 9V => Valeur lue: 9.499V
• +12V = 12V => Valeur lue: 13.186V

Selon vous, qu'est-ce qui fait que cela fonctionne bien avec l'OPA344PA mais pas avec le LM324PWR alors que le montage est le même??
D'après la datasheet du LM324PWR, la Capacitive load drive = 100pF, hors la capacité d'entrée de l'ADC est de 33pF au maximum.
Je ne comprends pas quel paramètre fait que pour un AOP ça fonctionne mais pas pour l'autre.

Merci d'avoir lu!
-----

[dje8269]

Bonsoir ,

Pourquoi ne pas tout simplement diminuer l'impendance du pont diviseur en divisant les résistances par dix ? genre 3K et 1 K ?

[Pascal071]

Bonsoir
A mon avis le LM324, comme le LM358, ne descend pas au dessous de 10 à 40mV en sortie.
d’où les plus faibles mesures incertaines .

[carcan]

Bonsoir
A mon avis le LM324, comme le LM358, ne descend pas au dessous de 10 à 40mV en sortie.
d’où les plus faibles mesures incertaines .

Oui il faut un ampli "rail to rail" ou alors un V- pour son alim (+5V/-5V) par exemple. ET pour des mesures de précision, les LM... ne sont pas une méga idée.

A+
Laurent

[A voir en vidéo sur Futura]

[MatthieuW31]

Bonjour et merci pour ces réponses.

Bonsoir ,

Pourquoi ne pas tout simplement diminuer l'impendance du pont diviseur en divisant les résistances par dix ? genre 3K et 1 K ?

J'ai essayé mais je pense qu'il faut encore diviser ces valeurs par 10. Cela n'est pas envisageable au vu de la conso que ça engendrerait.

Bonsoir
A mon avis le LM324, comme le LM358, ne descend pas au dessous de 10 à 40mV en sortie.
d’où les plus faibles mesures incertaines .

Cette remarque est valable pour une configuration suiveur?
Le problème n'est pas qu'aux abords du 0V.
Exemple: +12V = 12V => Valeur lue: 13.186V

Oui il faut un ampli "rail to rail" ou alors un V- pour son alim (+5V/-5V) par exemple.

Est-ce qu'un rail to rail changera quelque chose sachant que j'alimente déjà bien au-dessus de la valeur max en entrée (j'ai testé avec une alim de 12V).

ET pour des mesures de précision, les LM... ne sont pas une méga idée.

A+
Laurent

Quel AOP 1er prix pourrait faire l'affaire?

[antek]

Le problème n'est pas qu'aux abords du 0V.
Exemple: +12V = 12V => Valeur lue: 13.186V

Je suppose que c'est la valeur après traitement
As-tu mesuré la valeur en sortie diviseur (avec un appareil externe) et comparé avec la valeur brut fournie par l'ADC ?
D'autre part si la mesure est unique et le Va ou Vin bruités ce peut être normal.

[MatthieuW31]

Je suppose que c'est la valeur après traitement
As-tu mesuré la valeur en sortie diviseur (avec un appareil externe) et comparé avec la valeur brut fournie par l'ADC ?
D'autre part si la mesure est unique et le Va ou Vin bruités ce peut être normal.

Bonjour antek,

Effectivement j'ai oublié de préciser:

• Le bruit que j'ai sur l'alim de l'ADC et en sortie du pont (vu à l'oscillo) est négligeable comparé à l'écart que j'obtiens. -> Les valeurs reçues sont les mêmes sur toutes les mesures
• Avec l'AOP OPA344PA inséré en suiveur, la valeur renvoyée par l'ADC correspond (à 30mV max près) à ce que j'ai sur le +12V, le problème ne vient donc pas du traitement des données faîtes par l'ADC. -> La valeur brute envoyée pas l'ADC ne correspond pas à ce que j'ai en entrée

[jiherve]

bonjour,
pour de la précision il faudra un AOP avec alim symétrique ou en mono tension un ADC à entrées différentielles , tous les AOP mono-tension fonctionnent très bien avec alim symétrique.
Autrement sans AOP il faut augmenter le temps d’intégration donc diminuer la vitesse de conversion, si ce qui est mesuré est du continu cela ne doit pas poser de problèmes.
nota : je pense que la data sheet peut induire en erreur car les timings page 7 présentent une sortie de DB9 en même temps que l'entrée d'ADD0 ce qui me semble difficile sans boule de cristal amha DB9 sort sur le front descendant suivant le front montant ayant échantillonné ADD0.Ce timing a t il été verifié à l'oscillo?
JR

[MatthieuW31]

Merci jiherve.

Autrement sans AOP il faut augmenter le temps d’intégration donc diminuer la vitesse de conversion, si ce qui est mesuré est du continu cela ne doit pas poser de problèmes.

J'ai testé ça aussi mais ça n'a rien changé à mon problème.

nota : je pense que la data sheet peut induire en erreur car les timings page 7 présentent une sortie de DB9 en même temps que l'entrée d'ADD0 ce qui me semble difficile sans boule de cristal amha DB9 sort sur le front descendant suivant le front montant ayant échantillonné ADD0.Ce timing a t il été verifié à l'oscillo?

Effectivement je m'étais posé la même question. En fait la donnée qui est de suite renvoyée est la donnée correspondant à l'adresse précédente envoyée à l'ADC et non pas à l'adresse actuelle.

[Electron59]

Bonsoir,
A quel intervalle sont prises les mesures en entrée du CAN ?
Y'a t-il moyen de modifier la période d'acquisition sur ce type d' ADC ?
Si période trop courte la capa fera sentir son influence et détériorera la précision de mesure
Si la mesure est ponctuelle, la capa abaissera l'impédance d'entrée et là, le suiveur n'est plus nécéssaire
même avec un pont résistif de forte valeur

Cdlt

[antek]

As-tu essayé de faire 8 16 32 . . . mesures et de moyenner ?

[Electron59]

Pourquoi utiliser puissance de 2 ?
on peux aussi tenter 2, 5, 9 et moyenner

[antek]

C'est plus simple, surtout juste pour un essai . . .

[Vincent PETIT]

Bonjour,
Est ce que tu peux encore faire un test avec ton OPA344PA ?

Si oui, peux tu mettre l'entrée de OPA344PA non pas sur le pont diviseur mais carrément au GND_S et nous dire quelle tension tu lis après l'ADC ? En théorie la sortie de l'OPA devrait être aux alentours du mV donc moins que 1 LSB, l'ADC ne devrait pas mesurer 26mV (~5 ou 6 LSB)

Peux tu faire le même essai en court-circuitant la résistance d'isolation R2000 juste pour voir si cela change quelque chose ?

[bobflux]

c'est à cause de l'impédance d'entrée qui est beaucoup trop élevée pour cet ADC.

Le condensateur de sampling interne de l'ADC fait Cs=33pF.

Lorsque la conversion est lancée il est connecté à l'entrée à travers le mux qui a une impédance de 500 ohms pendant 3 cycles d'horloge (6-12µs).

Il faut donc que la tension sur le consensateur de 33pF converge à 10 bits (1/1024 = 0.1%) en moins de 6-12µs.

Une solution est de mettre un condensateur sur l'entrée comme tu as fait, dans ce cas la charge est prise sur ce condensateur, on va l'appeler Cin.

Il faut donc que Cin puisse charger Cs sans que la tension sur Cin bouge de plus de 1 LSB (0.1%).

Donc Cin > 1000 Cs ou 33nF.

Un condensateur de 100nF (au lieu de 1nF) conviendra.

Tu peux virer l'ampli op.

[bobflux]

J'ai donc intercalé entre le pont diviseur et le filtre RC un AOP OPA344PA configuré en suiveur pour abaisser l'impédance. -> Le résultat est toujours insatisfaisant.
Enfin, en laissant le suiveur mais en enlevant la capa 1nF du filtre, le résultat est conforme à ce qui est attendu.

Avec 1nF en sortie l'AOP oscille.

> Je ne comprends pas quel paramètre fait que pour un AOP ça fonctionne mais pas pour l'autre

OPA344 est un vrai AOP rail to rail qui peut tirer sa sortie proche de zéro, LM324 ne l'est pas, la sortie ne peut atteindre zéro que si on ajoute une résistance de pulldown.

[MatthieuW31]

Merci à tous pour vos réponses!

As-tu essayé de faire 8 16 32 . . . mesures et de moyenner ?

En fait à chaque fois l'ADC me retourne la même chose à 1 ou 2 LSB près.

Bonjour,
Est ce que tu peux encore faire un test avec ton OPA344PA ?

Si oui, peux tu mettre l'entrée de OPA344PA non pas sur le pont diviseur mais carrément au GND_S et nous dire quelle tension tu lis après l'ADC ? En théorie la sortie de l'OPA devrait être aux alentours du mV donc moins que 1 LSB, l'ADC ne devrait pas mesurer 26mV (~5 ou 6 LSB)

Peux tu faire le même essai en court-circuitant la résistance d'isolation R2000 juste pour voir si cela change quelque chose ?

D'accord, je ferai ce test.

Un condensateur de 100nF (au lieu de 1nF) conviendra.

Ok j'essaierai, j'avais essayé de diminuer cette capa mais je pensais que l'augmenter n'arrangerait pas les choses.

OPA344 est un vrai AOP rail to rail qui peut tirer sa sortie proche de zéro, LM324 ne l'est pas, la sortie ne peut atteindre zéro que si on ajoute une résistance de pulldown.

Oui j'ai pensé après coup que ça venait peut-être du fait qu'il n'était pas true rail to rail.

[jiherve]

bonjour,
faire attention à la diaphonie entre les liaisons logiques et la partie analogique, si un CI modèle est donné dans la data sheet il faut le suivre à la lettre ou disposer des outils CAO ad hoc pour faire l'analyse d'une nouvelle implantation.
JR

[Electron59]

Un peu ce que j'avais écris en #10

[jiherve]

bonjour
pas du tout!
JR

[MatthieuW31]

faire attention à la diaphonie entre les liaisons logiques et la partie analogique, si un CI modèle est donné dans la data sheet il faut le suivre à la lettre ou disposer des outils CAO ad hoc pour faire l'analyse d'une nouvelle implantation.

Je ne pense pas que le problème soit là vu que lorsque j'intercale un AOP suiveur il n'y a aucun problème de mesure. Le problème vient à la base de l'impédance d'entrée qui est trop haute pour cet ADC.

La datasheet dit: "The ADC108S052 will deliver best performance when driven by a low-impedance source (less than 100 ohms). This is especially important when using the ADC108S052 to sample dynamic signals. Also important when sampling dynamic signals is a band-pass or lowpass filter which reduces harmonics and noise in the input. These filters are often referred to as anti-aliasing filters."
Je n'avais pas pris en compte cette information car je mesure des tensions fixes, mais au final je me rends compte qu'avoir une impédance d'entrée si haute n'est pas bon même dans mon cas.

[antek]

Je n'avais pas pris en compte cette information car je mesure des tensions fixes, mais au final je me rends compte qu'avoir une impédance d'entrée si haute n'est pas bon même dans mon cas.

En continu en quoi est-ce gênant ? Je pense (!) même qu'en général c'est souhaitable.
Et ça ne dit pas comment un 12 V est mesuré à plus de 13 V

[jiherve]

re
l’impédance d'entrée se fait sentir dans deux cas:
signaux variables
signaux continus mais échantillonnage trop rapide
dans les deux cas la capa échantillonnage n'a pas le temps de se charger.
ceci dit comme il y a un multiplexeur en entrée il faut bien faire attention au couplage entre voies, aucune entrée ne doit excéder les spécifications maximales au risque de polluer les autres.
JR

[bobflux]

En continu en quoi est-ce gênant ?

Avant l'acquisition, la capa s'échantillonnage est chargée à une tension aléatoire, peut-être la tension mesurée par l'entrée précédemment choisie du multiplexeur par exemple. Quand cette capa est connectée à l'entrée elle doit se charger (ou décharger) à la tension de l'entrée en question avec la précision souhaitée (1 LSB), à travers l'impédance de source. On a donc la courbe habituelle d'un circuit RC, en charge ou en décharge. Cet ADC ne permet pas de configurer le temps qu'elle a pour se charger, donc il impose une impédance de source faible, sinon l'exponentielle du RC n'a pas le temps de se finir et la mesure contient encore un peu de la valeur de l'entrée précédente ! C'est pourquoi on peut avoir une erreur dans les deux sens.

[antek]

Merci

Et puis j'avais pas regardé la datasheet, et jamais vu d'autres ADC que ceux des PIC . . .

[jiherve]

re
je me demande, en lisant la data sheet, si en retardant l'envoi de l'horloge après la chute du CS# il ne serait pas possible d'augmenter la durée d' échantillonnage sans trop réduire la fréquence de transfert.

in the second condition, CS goes low with SCLK low. Under this condition, the ADC automatically enters track mode and the falling edge of CS is seen as
the first falling edge of SCLK

JR

[Vincent PETIT]

.Ok j'essaierai, j'avais essayé de diminuer cette capa mais je pensais que l'augmenter n'arrangerait pas les choses.

Il faut que tu regardes l'impact sur la bande passante dont tu ad besoin. Plus tu mettras une grosse capa et moins tu pourras voir les variations rapides sur le 12V puisque le pont diviseur et cette capa forment un filtre.

[MatthieuW31]

Bonjour à tous et merci pour vos propositions.

Je n'ai pas eu le temps de faire tous les essais proposés, mais j'ai remplacé la capa de 1n par une capa de 100n et ça fonctionne très bien (sans AOP)!!

Bravo à bobflux et encore merci à tous!

[Electron59]

Ben si jhervet #20<br>Tu sais pas lire ?<br type="_moz">
+CZ lot 55

[Electron59]

Bonsoir Mat,
J'avais esquissé une solution en #10 ...