原创 12V上拉电阻传感器的问题

2010-3-25 15:00 1591 7 15 分类: 消费电子

 

 

整理了一下12V系统给电阻性传感器供电的问题,把分析过程整理如下。
电路设计一般为:

1.jpg


简单叙述计算方法,节点电压法+矩阵法:

2.jpg


按部就班的设计马上会发现问题:
在上拉电压和Vgoff变化的时候,整个 ADC值剧烈变化,如果软件不进行补偿精度,则整个采集无从进行:

3.jpg


因 此只能进行补偿,补偿的逻辑如下:

4.jpg


同时采集Vbatt和Vgoff的ADC值,通过软件推导公式的办法求解Ri。
这 里需要设计采集Vbatt的电路,采用最简单的分压即可:

采集Vgoff电路,需要一个上拉和分压电路,如图:

5.jpg


由 于软件自身不可能考虑误差,因此转化关系如下:

6.jpg


关 于上面的计算可总结如下:

7.jpg


由 于软件自身不可能考虑误差,因此转化关系如下:

8.jpg


精 度计算放在下一篇博客,实际上模拟电路的接口在模块间是非常少的,至少是不能随意的分地的,以上的Vgoff的问题其实可以人为的规避,就是采取模块引出 单独的地线给传感器使用。当然有些时候,我们并不是接传感器,而是组合开关,这就更重要了。

在补偿过程中,我们使用了不同的采集通道,导致很多附加的误差因素出现了。
  采集本身的误差因素:

1.jpg


 1.上拉电阻误差
    初始误差1%,老化实验等累加后,厚膜贴片电阻可达+/-2.8%
 2.分压电阻1误差(Rvd1)
    初始误差1%,老化实验等累加后,厚膜贴片电阻可达+/-2.8%
 3.分压电阻2误差(Rvd2)
    初始误差1%,老化实验等累加后,厚膜贴片电阻可达+/-2.8%
 4.单片机泄漏电流
    一般为+/-1uA,这个电流在分压电阻较大的时候变得越来越严重。
 5.AD的参考电压
    一般的LDO的精度为+/-2%,采用额外的稳压管可提高电源稳定性。
 6.单片机比特误差
    量化误差,积分非线性,差分非线性等总和,单片机集成的AD的误差一般为+/-3bit全温度范围内。
 地偏移误差:被补偿,引入新的误差。

2.jpg


 1.分压电阻7误差(Rvd7)
    初始误差1%,老化实验等累加后,厚膜贴片电阻可达+/-2.8%
 2.分压电阻8误差(Rvd8)
    初始误差1%,老化实验等累加后,厚膜贴片电阻可达+/-2.8%
 3.单片机泄漏电流(由于通道独立,因此每个通道的参数独立)
    一般为+/-1uA,这个电流在分压电阻较大的时候变得越来越严重。
 4.AD的参考电压(此参数整个采集中都选取同一个)
    一般的LDO的精度为+/-2%,采用额外的稳压管可提高电源稳定性。
 5.单片机比特误差(由于通道独立,因此每个通道的参数独立)
    量化误差,积分非线性,差分非线性等总和,单片机集成的AD的误差一般为+/-3bit全温度范围内。
 电压误差:被补偿,引入新的误 差。

3.jpg


 1.分压电阻5误差(Rvd5)
    初始误差1%,老化实验等累加后,厚膜贴片电阻可达+/-2.8%
 2.分压电阻6误差(Rvd6)
    初始误差1%,老化实验等累加后,厚膜贴片电阻可达+/-2.8%
 3.单片机泄漏电流(由于通道独立,因此每个通道的参数独立)
    一般为+/-1uA,这个电流在分压电阻较大的时候变得越来越严重。
 4.AD的参考电压(此参数整个采集中都选取同一个)
    一般的LDO的精度为+/-2%,采用额外的稳压管可提高电源稳定性。
 5.单片机比特误差(由于通道独立,因此每个通道的参数独立)
    量化误差,积分非线性,差分非线性等总和,单片机集成的AD的误差一般为+/-3bit全温度范围内。
  因此实际上Vth的公式为:

4.jpg


 此公式是单片机把Rout转化成ADC的式子,也可以看作ADC==> Rout的变换式子。
 由此我们发现了问题和误差所在了
 一部分自身通道误差,在将Rout==>ADC的时候引入了,软件在补偿 Vbatt和Vgoff的时候,又把另外一部分误差因素引入进去了。
 最大电压和最大低偏移如图所示:

5.jpg



 最小电压和最小低偏移如图所示:

6.jpg


因此可知,如果软件不跟随Vbatt和Vgoff的变化去补偿,整个采集将变得毫 无意义,误差可能达到100%甚至更多。补偿所引入的误差也是不小的,但是经过补偿,至少可以做简单的区分了,组合开关的检测一般都基于这种方法。
提 高精度的几条建议:
1.采用模拟开关使用同一个通道采集,尽可能减少通道误差。
2.在系统上尽量采用同一个地,单独从模块拉线给传感器或者系统供电。
3. 采用高精度稳压管供给AD的参考源。
4.EOL的时候进行校验,校验掉初始电阻误差。
5.分压电阻选取不能超过200K,防止单片机的漏 电流误差过大。
附注:以上没有提及单片机的计算精度,实际上这也有一定的误差。

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文章评论8条评论)

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用户1321169 2010-6-30 16:14

学习了

用户1459665 2010-6-2 21:24

好文顶啊

用户1277994 2010-5-28 17:08

好文顶起!

用户1409247 2010-3-29 09:49

很详细,很实用哦

用户1344856 2010-3-28 07:33

搞模电的厉害

用户1190942 2010-3-27 08:51

hao

用户1202532 2010-3-26 09:23

强,茶具啊

用户1470025 2010-3-26 09:12

学习了。 一个小小的上拉电阻,就如此复杂,可见搞模拟电路的水很深。

用户1040792 2010-3-26 08:31

very good...

用户1249549 2010-3-26 06:47

hao
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