Manejo de la salida de un AD8495

Question

Estoy construyendo un circuito con dos amplificadores de termopar AD8495. Los elegí porque son simples de conseguir y bastante baratos - básicamente no hay otra razón. Ahora necesito crear una interfaz entre los amplificadores y un microcontrolador (AVR). El ADC del AVR tiene una resolución de 10 bits, y me gustaría utilizar todo lo que pueda.

La temperatura que espero en los termopares es de hasta 300°C. Como el AD8495 da 5mV/°C, la salida máxima debería estar en torno a 1,4V. Podría suministrar una tensión de referencia adecuada al ADC para resolver ese rango, pero cuando el AD8495 no tiene ningún termopar conectado (o algo va mal), la señal subirá a 5V (tensión de alimentación), lo que sería demasiado para el ADC con una tensión de referencia baja.

Veo dos opciones básicas:

Puedo sujetar la señal a la tensión de referencia (o a alguna tensión "compatible" utilizando una resistencia y un diodo Z:

Esto es simple y barato, pero creo que podría estropear toda la medición con esto.

También puedo utilizar un OpAmp para amplificar la salida del AD8495 a todo el rango de 5V:

En relación con estas opciones hay dos problemas equivalentes:

• Nunca he construido un circuito de sujeción con un diodo Z,
• Nunca he utilizado un OpAmp antes. Elegí el TS912 porque es del tipo rail-to-rail, de una sola fuente (y lo puedo conseguir fácilmente)

Aunque sé cómo se supone que deben funcionar los dispositivos ideales, también sé que los dispositivos reales van a estropear mucho mi medición.

Me gustaría conseguir una precisión de +/- 5°C a 280°C. Todavía no he hecho cálculos al respecto, pero teniendo en cuenta las precisiones del ADC, la referencia y el AD8495, esto podría ser un poco demasiado optimista. Soy consciente de ello.

Enlace a la página de descarga de la hoja de datos

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Edición 1: El AVR tiene una referencia interna de 2,56V que podría utilizar. Desgraciadamente, no es muy precisa (2,4 ... 2,8 V) y no estoy seguro de cuánta corriente puede absorber o generar. Así que incluso si los canales ADC tienen diodos de sujeción internos (que tendrían que sujetar a Aref), necesito alguna protección o acondicionamiento extra. El uso de una referencia externa tampoco resolverá este problema.

Edición 2: Esta es mi solución, más o menos:

Las dos salidas del AD8495 se conectan a un ADC (MCP3426), que tiene una referencia interna de 2,048V. Esto es mucho más preciso que la referencia interna del AVR y tolera la salida de 5V del AD8495 cuando no se conecta ningún termopar. He añadido terminales de tornillo para los termopares y un cabezal de 0,1". Todos los agujeros de los pines están en una rejilla de 0,1". El diseño y el enrutamiento fue bastante fácil:

Hay dos trazas cortas de SCL y SDA en la parte inferior, todo lo demás es tierra. He hecho las trazas del termopar (izquierda) un poco más anchas para reducir la resistencia térmica.

Answer 1

Una precisión de +/- 5°C a 280°C equivale a un error de aproximadamente 1,8%. Esto da como resultado una resolución efectiva de 6 bits (suponiendo que todo el rango de medición terminaría en unos 280°C). 10 bits de resolución darían como resultado una precisión de +/- 0,28°C, y 8 bits de +/- 1°C. Así que no tienes que preocuparte aquí (Incluso cuando no estás usando el rango completo de la entrada del ADC).

La solución más fácil para tu problema de desbordamiento podría ser usar Avcc como voltaje de referencia (pero entonces debería ser lo suficientemente libre de ruido, preciso y estable). Esto reduce tu resolución (a la mitad cuando se compara con la referencia interna, porque duplica el rango de medición), pero tienes mucho espacio allí (usas alrededor de un cuarto del rango de entrada de los ADCs entonces, así que obtienes 8 bits de resolución efectiva sobre tu rango de temperatura).

Si quieres mejorar la resolución, utiliza un regulador de bajo ruido de 3,3V para crear tanto Vref para el AVR, como Vcc para el AD8459 (puede funcionar con este voltaje). De esta forma te aseguras de que el voltaje del amplificador del termopar nunca supere la tensión de referencia.

Pero también se puede utilizar un diodo zener para sujetar la tensión del amplificador. Si miras, por ejemplo, la hoja de datos del ATMega16 (no has especificado qué AVR utilizas) tiene una resistencia de entrada de 100MOhm, y afirma que se sugiere una impedancia de entrada de menos de 100kOhm. Así que la sujeción no tendrá ningún efecto siempre que R1 en el esquema anterior sea lo suficientemente pequeño. Y 10kOhm estaría perfectamente bien - el amplificador entonces necesita una fuente de 0,5mA.

Otra solución es utilizar un ADC externo. Si puedes permitirte el espacio en la placa y los componentes adicionales, parece incluso la mejor solución. Busca un ADC con una referencia de 2V que también pueda soportar entradas hasta su Vcc, entonces estás bien.

Personalmente, me decantaría por la solución LDO de 3,3V. Es posible que necesites una tensión de referencia estable y sin ruido de todos modos, así que ¿por qué no utilizarla para resolver también otros problemas?