Arduino Nano:アナログ入力で微小電圧を測定


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Arduino Nanoの 10ビットADCで0v〜40mVをできるだけ正確に測定する必要があります。1秒あたり約1つのサンプルしか必要ありません。

AREFピンをグラウンドより40mV上に保持し、すべてを適切にシールドし、ハードウェアとソフトウェアでローパスフィルターを使用し、適切に平滑化された電源を使用する予定です。

  • どんな精度が得られるでしょうか?

  • 精度を向上させるために他に何ができますか?


使用可能なバンドギャップ基準電圧については、コントローラーのデータシートを確認してください。次に、その基準電圧の下で最大信号をほとんど増幅しないアンプを設計します。
ジッピー2013

回答:


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NanoのADCには私よりも優れた専門家がいますが、いくつかの問題があると確信しているため、アンプを提案することをお勧めします。5V(またはnanoが使用するもの)と0Vで動作するオペアンプをお勧めします。オペアンプは入力と出力にレールツーレール機能が必要であり、40 mVをnanoのフルスケールに変換するゲインで非反転モードに構成されます。

ここに画像の説明を入力してください

フルスケールが(たとえば)3Vの場合、3 / 0.04 = 75のゲインが必要になります。これは、R2 / R1 = 74(75-1)を意味します。

R1は100オームで十分なので、R2は7400オームになります(560kと並列の7k5は7k401を提供します。これは十分に近いと期待されます。オペアンプは、質問を読んだ後、低速で実行する場合にのみ必要で、いくつかあります。適したデバイスです。答えを投稿している間、発砲して見てください...

AD8538は、適切な見えますので、AD8628を行いますが、おそらくあるより簡単に法案を合うことを、いくつかの


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フルスケールはVccですが、AREFピンにリファレンス電圧を提供すると、必要に応じてより低いフルスケールリファレンスが可能になります。ただし、1.0ボルト未満のAREFはAFAICで機能しないため、増幅は依然として望ましいです(文書による証拠はなく、私が直面したいくつかの問題のみ)。
Anindo Ghosh 2013

なぜもっと一般的なE12抵抗器ではないのですか?正確な比率は、それを補正することがわかっている限り、それほど重要ではありません。例えば。12k÷150 = 80または33k÷470≈70。もちろん、これは3V出力電圧の場合であり、おそらく最適ではありません。
ジッピー2013

@jippie私は完全に同意しますが、私の答えは抵抗器を並列に接続する方法を「提案」し、OPがこれを知っているかどうか確信がありませんでした。彼は無料で余分な答えを得ました!!
Andy別名

オペアンプの提案に+ 1、AD8538は特にSOT23パッケージで個人的なお気に入りです-意味のないピンがなく、優れた熱的挙動。
Anindo Ghosh 2013

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@AnindoGhosh-20か月後。ATMega328データシート は、650ページのどこにでも、外部から適用されたAref電圧に有効な値の範囲はどこにも記載されていないようですが、言及されている多くのグラフのすべてに1.8Vの下限があります:-(。 1.5Vと低いが合法であるようにVとAVCCはは、VCC-0.3Vとすることができる内部1.1Vのバンドギャップリファレンスを使用すると、より低い最大ADC電圧を与える下方外部V_ARef法的が、その特定されなくてもよい。。。
ラッセル・マクマホン

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私はもともとこれを回答として追加するつもりはありませんでしたが、コメントのどこかに溺死させることが重要だと思われます。

マイクロコントローラーのデータシートに頼ることが最も重要です。そして、ATmega 168を備えたArduino Nanoについて私が正しい場合、ここにデータシートがあります。電気的特性は、知っておくべきセクションですまずべき事項であり、最初にそこを確認する必要があります。

重要な点は次のとおりです。最小基準電圧は1.0V-311ページで確認できます。妥当な精度を得るには、信号を少なくとも25倍に増幅し、最小基準電圧にスケールアップする必要があります。

今、私が知っている要素の最良の選択(トピックはほとんどわかっていませんが)は、低ノイズのオペアンプが必要で、@ Andyakaが指摘したようにレールツーレールで動作でき、できれば電源電圧で動作します。次に、電圧リファレンスの最良の選択は内部のものであると思います。デバイスによって異なる場合がありますが、安定性は最も妥当なものであると思います。さらに、抵抗はノイズ耐性が高いため、選択する抵抗は抵抗値を高くするのではなく低くする必要があります。時間と温度変化に対する安定性を忘れないでください!

アンプの最適な構成は異なる場合があります。最初は非反転アンプが良いかもしれませんが、入力インピーダンスが高いため、信号ではうまく機能しない場合があります(ただし、問題はありません)。


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高い入力インピーダンスが信号でうまく機能しないのはなぜですか?ところで、入力モードのArduino GPIOは、ほとんどのADCと同様に、すべて入力インピーダンスが高くなっています。
Anindo Ghosh 2013

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@AnindoGhosh測定のために信号ソースをロードする必要があり、それが正しく行われていない場合。OPの信号の性質については何も言えません。私の投稿での提案は、アンプに対して厳しすぎると思います-おそらく起こらないはずですが、入力インピーダンスが高いのは、知っておくべきだと思います。
TNW 2013

必要に応じて信号ソースをロードすることはよく知られている科学であると私は信じています。同様に、設計者は通常、高い入力インピーダンスと低い出力インピーダンスを目指して努力しています。したがって、その無条件の声明に対する私の反対票。
Anindo Ghosh 2013

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@AnindoGhosh私は、その人が知っている知識はそれよりも少ないと想定する方がよいと思います(特に、40mVの参照が私を疑わしくした)。反転増幅器と非反転増幅器のどちらを選択するかは、極性の変更を許可できるかどうかだけではないことを指摘しておきたいと思います。
TNW 2013

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精度を最大にするには、アンプを使用する必要があります。


ありがとう-しかし、なぜですか?ステージを追加すると、ノイズや不正確さが増しませんか?どのようなアンプ回路が最良の結果をもたらしますか?
CL22 2013

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電圧ゲインを維持するために安定した抵抗器を使用している限り、非反転構成の低ノイズオペアンプで可能だと思います。
TNW 2013

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情報を提供しなかったために他のユーザーを叱責する人にとって、これは確かに裸の答えです。回路図や詳細を追加してもらえますか?
Chris Laplante 2013
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