Ujemne napięcie przy ADC

[marek1707]

Chyba wszyscy rozumiemy, że każdy element wstawiony w tor pomiarowy jest źródłem nowych błędów, szumów itp ale trzeba z tym żyć i rozumieć ograniczenia. Wzmacniacz pomiarowy podłączony wprost (nie liczę zabezpieczeń i filtrów EMI) do zacisków silnika byłby fajny ale drogi i jego użycie nie jest tu uzasadnione.

Tak więc proponuję typowy, symetryczny filtr RC którego oporniki robią od razu za dzielnik napięcia. Jeżeli napięciem odniesienia będzie zasilanie 5V to dzielnik 51k/22k umożliwia pomiar od 0 do ponad 16V - chyba będzie OK nawet przy 12V zasilania mostka. Do tego dokładamy kondensator (koniecznie nie-elektrolit) i mamy filtr o częstotliwości -3dB odcięcia:

Fo = 1/(4*Pi*(R1||R3))

gdzie symbol || oznacza wypadkową rezystancję w połączeniu równoległym. We wzorze jest 4 zamiast 2 bo z punktu widzenia wyjścia takich zespołów opornikowych mamy tu dwa szeregowo a || bo oporniki w gałęziach są dla sygnału wyjściowego połączone równolegle. Oczywiście obie gałęzie dzielników (lewa i prawa) powinny być symetryczne więc oporniki dobrze jest wybrać z kilkunastu zmierzonych omomierzem. Nie muszą być dokładnie 51.000k i 22.000k ale powinny być w miarę równe parami lewy=prawy.

Jaka powinna być częstotliwość odcięcia? Łatwo policzyć. Zakładając wahania napięcia na każdym wyjściu mostka równe 12V to mamy Vpp na wejściu = 24V. Przetwornik jest 10-bitowy więc żeby pomiar nie był zakłócony to nie chcemy by wahania wyjściowe filtra przekraczały 1 LSB ADC czyli 5V/1024, ok. 5mV. Stosunek 24V/5mV daje wymagane tłumienie 4800 czyli ok. 73dB. To bardzo dużo dla takiego filtra, tłumiącego tylko 6dB/oktawę a z tego wynika, że jego Fo powinna być odsunięta od częstotliwości PWM aż o 12 oktaw czyli ponad 4000 razy. Jeżeli nasz PWM ma 10kHz to filtr powinniśmy ustawić na 10000/4000=2.5Hz

Filtr ze schematu ma ok. 5Hz i myślę, że to jest dobry kompromis. Przetwornik i tak nie ma 10 bitów znaczących, pomiary trzeba będzie i tak uśredniać a układ nie jest systemem pomiarowym od którego zależy coś ważnego (chyba, że się mylę).

Z uwagi na nieuniknioną stałą czasową filtra, pomiary będą opóźnione o kilkadziesiąt ms ale chyba nie jest to krytyczne w tej aplikacji.

[kampo]

nie jest systemem pomiarowym od którego zależy coś ważnego

Masz rację. Pomiar nie musi być super dokładny.

O pojęciu częstotliwości filtra słyszę pierwszy raz. Próbowałem coś poczytać o tym w internecie, ale wszędzie jest to napisane tak, że nic z tego nie rozumiem. Mógłbyś mi to jakoś rozjaśnić?

Pozdrawiam.

[marek1707]

Nie zrobię tu artykułu o filtrach, to temat na kilka książek . Spróbuj zadać bardziej konkretne pytanie.

W skrócie można to streścić tak: potrzebujesz filtra, który oddzieli ogromne wahania panujące na wyjściu mostka od składowej stałej tego przebiegu. Filtr RC ze schematu powyżej jest typu dolnoprzepustowego, czyli przepuszcza częstotliwości poniżej pewnej Fo. W tym konkretnym przypadku, poniżej też częstotliwości układ będzie się zachowywał jak zwykły dzielnik napięcia a począwszy od Fo zacznie tłumić coraz bardziej. Przy Fo będzie to już -3dB a potem co oktawę kolejne -6dB. Ponieważ musimy osiągnąć jakieś konkretne tłumienie, to Fo filtru musi być odpowiednio daleko od częstotliwości "zakłócającej" czyli od Fpwm mostka.