Diminuir ruídos com ADC de 24bits

[styg]

Vou montar uma placa com o ci ADS1247, que tem um ad de 24bits, pelo teste que to fazendo aqui na protoboard, ta dando uma bela variação, na casa dos 100uV.

Antes de passar ele para placa, já gostaria de implementar algumas idéias para reduzir ao máximo a sensibilidade a ruidos, qualquer dica é bem vinda, como layout, componentes etc..

o esquema seria +- isso:

[andre_luis]

styg,


O uso de 24 Bits para A/D é para casos bem críticos :

Seria interessante depois voce postar o preview do layout para avaliarmos melhor.
Por ora, seria interessante também voce apontar o que tem em mente, para não darmos dicas desnecessárias ( tipo, que voce já ia fazer mesmo )

Aqui vão algumas observações :

>> Posicionar capacitores de desacoplamento o mais próximos aos pinos possivel.
>> Usar esse +5v apenas para o A/D . Não ficou claro essa diferenciação pela nomeclatura do seu circuito.
>> Utiliza regulador próprio para alimentação do A/D, como referencia de tensão.
>> Utilizar resistores de baixo valor (100R) em série entre o uC e o A/D na parte digital (comunicação).
>> Desenhar plano de terra diferentes para circuitos A/D e digital, mas ligados apenas por uma trilha estreita.
>> O espaçamento do plano de terra analogico para os componentes e trilhas deverá ser o menor possível.
>> Na região do circuito digital, procurar blindar os componentes de alta frequencia (cristal e seu barramanto)
>> Avaliar a possibilidade de inserir uma blindagem mecanica em torno da parte analógica, ou até mesmo um tratamento com tinta condutiva na caixa.
>> Avaliar o custo com placa multilayer, para colocar os analogicos nas trilhas internas.

Aqui vão algumas perguntas :

>> A sua aplicação realmente necessita de uma precisão de 1/20.000.000 para o valor da temperatura ?
>> O sensor ficará on-board ou remoto ?
>> Tenha em mente que para uma faixa elevada de temperatura, sua precisão cai por terra, pois o sensor não é "exatamente" linear.

+++

[msamsoniuk]

suponho que a referencia do ADC eh 5V... a sua fonte tem resolucao de 1/3 de microvolt?

[styg]

esse ad vai ser usado com um pt100, para leitura de 0 a 500°C, e quanto a precisão tem um outro desse CI com 16bits também e um pouco mais barato, e como esse ci já é uma solução pronta, achei melhor do que gastar com ampop+ref+adc etc..

- a fonte de 5v eu ia usar a mesma do circuito

- a referencia desse AD é gerada pela propria fonte de corrente que excita o pt100, ou seja, ratiométrica

- resistores de baixo valor em série, pq?

- plano de terra com espaçamento menor possível, pq?

- com o cristal eu tomo o cuidado de traçar as trilhas com menor comprimento possível e estou aterrando a carcaça.

- blindagem e pci multilayer, deixo como última opção pelo custo.

[xultz]

Lembre que você terá (teóricos) 2^24 divisões, ou seja, quase 30 micro graus de resolução. Meio exagerado, né? Eu não sei qual é a precisão do PT100, então está meio que matando uma pulga com um canhão.
Outro detalhe, é que você tem quase 300 nano volts por divisão. Se você tiver um pensamento erótico perto do conversor, vai gerar muito mais que isso de interferência no circuito (essa tensão está abaixo da tensão de Johnson, o que torna essa precisão irreal).
Assim, mesmo tendo 24 bits de resolução, saiba que na prática você conseguirá uns 20 bits ou menos.
O que você pode fazer para ganhar uns bits a mais, é blindar cabos, colocar capacitores multilayer na entrada (do AIN0 para o terra, do AIN1 para o terra e entre o AIN0 e AIN1), filtrar por software, colocar capacitores multilayer nas alimentações, referências, garantir um plano de terra exclusivo pro circuito analógico e rezar, com muita fé.

[Djalma Toledo Rodrigues]

Srs por favor

nunca confundam Precisão com Resoluçao

Para que haja Precisão é necessário Resolução , lógico

mas, a recíproca pode não ser verdadeira.

Além de que Precisão se expressa em %

Abraço, obrigado

DJ

[andre_luis]

...esse ad vai ser usado com um pt100, para leitura de 0 a 500°C

Nesse range, o PT100 já estará numa faixa acentuadamente não-linear.
Voce precisaria modelar a resposta do sensor por uma calibração precisa com instrumentos precisos e bem aferidos, o que é impraticável.

Ou seja, ou troca de sensor, ou reduz a "resolução" do A/D

+++

[MOR_AL]

Você tem que observar o seguinte:
1 - Qual resolusão eu quero para medir de 0 a 500º?
a) Se de 1º, então bastaria apenas um CAD com 9 bits e uma precisão na minha fonte de referência de 5V entre 4,995V e 5,005V.
b) Se de 0,5º, então bastaria apenas um CAD com 10 bits e uma precisão na minha fonte de referência de 5V entre 4,998V e 5,002V.
2 - Qual a faixa de temperatura que o circuito deve funcionar? A sua fonte de referência TEM que se encontrar dentro dos limites do item 1, em qualquer temperatura da faixa desejada.
3 - Isso é necessário, porém não é suficiente. "Uma corrente arrebenta no seu elo mais fraco". De nada adianta que as condições dos items 1 e 2 sejam satisfeitas, se a expressão da tensão com a temperatura, sobre o PT100, não puder ser mantida com a precisão necessária. Em outras palavras. O seu circuito de condicionamento do sinal TEM que ser preciso dentro do esperado e as não linearidades corrigidas para aquela precisão.

MOR_AL

[styg]

Então, como o CI cuida de toda a parte analógica, a coreção da curva do PT100 vai ser feita por software.

Não entendo pq 'reduzir' a resolução do adc, eu penso que por maior que seja a não linearidade do sensor, quanto maior a minha resolução, mais facilmente vou conseguir corrigir a não linearidade.

Sem contar o fato de como o xultz falou, eu ja peguei pensando que minha resoluçao efetiva seria menor, num forum da texas um consultor me disse que eu posso conseguir 21bits com um sistema bem feito, entao vai que eu consigo 20bits, isso dá 0,0004 °C.

[andre_luis]

...entao vai que eu consigo 20bits, isso dá 0,0004 °C...

O problema é saber se o valor é acurado.
O fato de medir com uma precisão dessa magnitude, não significa que o valor está certo. Como mencionado, calibrar e modelar isso será um trabalho colossal. Lembrar que terá de tabelar todo o espectro de valores, por causa da não linearidade.

Pergunta : Para qual aplicação será usada essa medição de temperatura ?
( o trabalho envolvido justifica tal resolução ? )

Mesmo em fabricação de Circuito Integrado, onde a temperatura envolvida nos processos deve ser extremamente precisa, a resolução envolvida não fica acima dos 16 bits.

+++

[styg]

eu quero que meça de 0 a 500 com resolução de 0,1°C

[andre_luis]

500 / 0,1 = 5.000

Um A/D de 16bits atende á resolução, mas terá de lidar com os outros problemas já apresentados.

+++

[styg]

Bom, mas que problema pode ter eu testar/validar com um ad de 24b e depois trocar por um de 16b pra ver se satisfaz?

[guest2003]

Voce pode usar o de 24 sem problema... apenas nao se preocupe com as variacoes nos LSBs, ou seja, utilize o mesmo como se fosse um AD de menos bits.

E lembre-se do que o Djalma disse, e o que o Andre tem dito... qual a precisao que voce precisa.

0,1 graus não é precisao... é resolução...

Por exemplo eu iria preferir um sistema com precisao de 0,1% e resolucao de 0,1 grau do que outro de precisao de 1% e resolucao de 0,0004 graus como vc disse.

[]'s

[andre_luis]

... que problema pode ter eu testar/validar com um ad de 24b e depois trocar por um de 16b pra ver se satisfaz...

Já começa com o problema de ter que tabelar todo o range de valores de entrada A/D.
16Bits tabelados significa uma memória não-volátil de 2^16 words (=65K).

+++