Sterownik PWM – #8 – Dobór wartości kondensatora na wejściu analogowym procesora

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:

W projekcie dobrałem kondensator Samsung CL05B103KB5NNNC [1], więc posłużę się jego parametrami:
  • 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

Autor artykułu
Mateusz Pluta

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.