Na rozgrzewkę:
We wpisie przedstawię zadanie kondensatora filtrującego na wejściu analogowym procesora STM32G0, wykonam analizę doboru kondensatora, obliczając błąd, jaki on wprowadza oraz wspomnę, gdzie należy go umieszczać na PCB.
Zakres wpisu:
- Zadanie kondensatora na wejściu analogowym procesora
- Parametry niezbędne do analizy
- Analiza
- Umieszczenie kondensatora na PCB
Zadanie kondensatora na wejściu analogowym procesora:
- filtrowanie zakłóceń pochodzących od częstotliwości, których nie chcemy mierzyć,
- przeładowanie kondensatora próbkującego i podtrzymującego (sample and hold) umieszczonego wewnątrz przetwornika ADC do wartości źródła sygnału, który mierzymy.
Parametry niezbędne do analizy:
- Nominalna tolerancja kondensatora: 10%
- Wpływ temperatury: tolerancja z uwzględnieniem temperatury wynosi 15%
- Wpływ przyłożonego napięcia (DC bias): 0% (dielektryk X7R, maksymalne napięcie, z jakim będzie pracował kondensator to 3.3V, a dobrany kondensator ma nominalne napięcie 50V)
- Starzenie się kondensatora: 5%
- Pojemność kondensatora próbkującego i podtrzymującego w procesorze
- Pojemność pasożytnicza pinu procesora
- Maksymalna wartość impedancji wejściowej: 50kΩ
Analiza:
Do schematu z Rys. 4 dodałem kondensator filtrujący, którego wartość sprawdzę w analizie:
Analizę wykonam na podstawie zasady zachowania ładunku. Dowiem się jakie napięcie zmierzy przetwornik ADC oraz ile LSB będzie różnicy przy dobranym kondensatorze 10nF.
Z obliczeń wynika, że błąd wynikający z przeładowania wewnętrznej pojemności próbkującej za pomocą kondensatora 10nF w najgorszym przypadku wynosi 1LSB, więc dużo mniej niż błąd przetwornika (6.5LSB). Kondensator 10nF jest poprawną wartością.
Ostatnią rzeczą jest sprawdzenie, czy dobrany kondensator wraz z rezystorem szeregowym nie tłumi częstotliwości, którą chcemy mierzyć. Można to wykonać analitycznie w najgorszym przypadku lub symulacyjnie. W moim projekcie częstotliwość, jaką będę mierzył wynosi maksymalnie 300Hz, więc mam minimalnie ponad 4 krotny zapas.
Umieszczenie kondensatora na PCB:
Kondensator filtrujący Cf, aby pełnił poprawnie swoją funkcję, powinien być umieszczony przy pinie procesora, na którym to mierzony jest sygnał, oraz podłączony w sposób T (wspomniałem o tym we wpisie).
[1] Dostęp w internecie: https://www.tme.eu/Document/4a42202b32dab16128fe107dd69598cc/samsung-chip-cap.pdf
[2] Dostęp w internecie: https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32g071rb.html