¿Cuál es el mejor método para medir resistencias desconocidas después de un multiplexor?

Question

Mi objetivo es determinar todas las resistencias desconocidas conectadas a un multiplexor analógico de 16 canales. Actualmente, tengo un DAC para aplicar cierto voltaje, una resistencia calibrada y un ADC para medir la caída a través de esa resistencia. Utilizando esa información, puedo calcular fácilmente Rmux + R.

El problema es que no quiero Rmux + R. Necesito determinar R de forma aislada. Esto se puede solucionar fácilmente si simplemente hago tierra justo después de Rmux y utilizo el mismo método para encontrar la resistencia de cada canal, almacenarla y utilizar esos valores para calcular R. Sin embargo, no estoy seguro de cómo hacerlo. Estoy diseñando un PCB y necesito que la resistencia del multiplexor se tenga en cuenta en las mediciones.

Básicamente me pregunto cómo puedo caracterizar o ignorar Rmux en mis cálculos para encontrar R. ¿O debería usar un enfoque diferente por completo? El otro lado de las resistencias debe permanecer siempre conectado a tierra y necesito que estas mediciones sean relativamente precisas.

Edit: Hoja de datos del multiplexor

Agregado a partir del comentario del OP

El rango de resistencias desconocidas es de aproximadamente 350 a 800 ohmios. Mi multiplexor actual tiene una resistencia de encendido de 470 ohmios con fluctuaciones máximas de 15 ohmios entre canales (4067BM) con la hoja de datos adjunta al artículo. Idealmente, busco determinar las resistencias de la forma más precisa posible considerando que sus valores se utilizan para cálculos posteriores con el microcontrolador.

Answer 1

Puedes hacer exactamente lo que estás proponiendo. En primer lugar, determina qué tolerancias son aceptables, luego elige los mosfet de nivel lógico correspondientes con un Rds(on) que esté dentro de estas tolerancias.

Todo lo que necesitas hacer es agregar un MOSFET de canal N que puedes encender para bajar el nodo entre Rmux y R, haciendo que R esté en paralelo con Rds(on) logrando una resistencia equivalente lo suficientemente baja como para considerarlas 0, encontrando la resistencia del mux. Esto llevará algo de tiempo, pero puedes hacerlo de vez en cuando para "calibrar".

En lugar de utilizar 16 pines GPIO, puedes usar un demux para esto.

simula este circuito - Esquema creado utilizando CircuitLab

Answer 2

¿Estarías dispuesto a agregar otro Mux similar en paralelo con el primero? El segundo Mux llevaría el voltaje de regreso desde el resistor desconocido seleccionado a otro ADC (o usar otro Mux 2:1 y el mismo ADC). Ya conoces la corriente en el Mux: Imux=((Vdac-Vmux)/1k), y sabes que (Rmux + Rx)=Vmux/Imux, por lo que sabiendo la corriente en el MUX y la caída de voltaje a través del Mux, puedes determinar con precisión la resistencia del canal del Mux, Rmux=(Vmux-Vrx)/Imux. Entonces Rx=(Vmux/Imux) - Rmux.

Las ventajas de este arreglo son:
Mux A y Mux B están configurados exactamente iguales.
La corriente a través de Mux A no cambiará, por lo que la resistencia de encendido no cambiará.
El único código adicional sería cambiar el Mux C.
Mux C podría ser eliminado si se utiliza un solo ADC de 2 canales.
No se necesitan partes discretas adicionales para conectar a tierra cada línea Rx.

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simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

Answer 3

Los resistores de precisión son relativamente baratos y la entrada del ADC es relativamente de alta impedancia. Por lo tanto, podrías considerar un resistor de pull-up de precisión por cada resistencia desconocida:

simular este circuito – Esquema creado usando CircuitLab

El capacitor C1 es opcional, pero reduce aún más el efecto de la resistencia del multiplexor en las lecturas del ADC.

Si un simple divisor de resistencia no proporciona suficiente precisión, el siguiente paso es tener una fuente de corriente constante de precisión alimentando a través de un segundo multiplexor, que luego se conecta al mismo canal que estás midiendo. Una fuente de corriente dará un voltaje lineal relacionado con la resistencia desconocida.

Answer 4

Puedes usar conexiones Kelvin. Esto utiliza dos pares de cables: el primer par envía la corriente de prueba, y el segundo par toma la medición y se coloca justo en los terminales del resistor.

Dado que el par de cables que toma la medición lleva casi cero corriente, las resistencias a lo largo de ese camino son despreciables. Si utilizas una fuente de corriente para el par de cables que envían la corriente de prueba, entonces las resistencias extrañas a lo largo de ese camino también se ignoran.

simula este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

Si estás realizando multiplexado, entonces puedes compartir uno de los cables que envía la corriente de prueba entre todos los resistores. También puedes compartir uno de los cables que toma la medición entre todos los resistores (a expensas de poder colocar el cable justo al final del resistor, pero dado que la corriente de medición es tan baja, esta resistencia adicional probablemente sigue siendo despreciable. Esto reduce tus interruptores a la mitad. Puedes usar dos multiplexores de un solo canal bajo las mismas señales de control o puedes usar un solo multiplexor de doble canal. Pero recuerda que la disposición real del cableado es importante aquí. Al compartir cables, minimiza la longitud por la que fluye la corriente en el camino del cable de medición hasta solo el resistor tanto como sea posible. En otras palabras, haz que las rutas de corriente de prueba y medición se superpongan lo menos posible.

simula este circuito

Esta configuración de interruptores reducida es idéntica a la configuración que @Nedd propuso con la única diferencia de que se utiliza una fuente de corriente para medir la resistencia, mientras que la configuración de Nedd utiliza una fuente de voltaje y un divisor de resistencia.