Повышение точности АЦП усреднением многократных измерений

Всем известно, что 10 битное АЦП atmmega8 реально позволяет получить не более чем 8-битную точность. AVCC и VCC замкнуты внутри микросхемы, так, что ставить развязывающий дроссель, как рекомендуется в мануале, просто бессмысленно. В итоге, в 2х младших битах всегда получается только шум.
Возникает вопрос, нельзя ли повысить точность путём усреднения нескольких последовательных измерений?
Даёт ли реально что нибудь в этом плане перевод контроллера на время измерения в спящий режим?

	Комментарий модератора
	тема создана как продолжение Точность АЦП atmmega8

0

В режиме лавинного пробоя, при приближении к напряжению стабилизации, в сравнительно низкочастотном диапазоне, шум стабилитрона почти белый. В Data Sheet шумовые характеристики стабилитронов обычно не приводят, но в сети я нашел вот что
верхняя чёрная кривая - это АЧХ шума 12-вольтового стабилитрона. Судя по всему, кто то измерял самостоятельно.
Чтобы найти среднеквадратическое напряжение шума, данную кривую нужно возвести в квадрат и проинтегрировать по частоте. А затем, из полученного результата вычислить квадратный корень. В первом приближении можно принять что шум распределён равномерно в диапазоне от 0 до 10 кГц. Тогда
получается довольно прилично. И это среднеквадратическое значение, а максимальные всплески могут быть в 2-3 раза больше.

Но это при напряжении 12В. У Atmega8 диапазон измерений 2,56V, поэтому измерять придётся через делитель на 5, и СКО шума уменьшится до 40 mV. Весь он будет присутствовать в цифровом сигнале, в виде белого шума независимо от частоты дискретизации, так как у Atmega8 она не превышает 10 кГц.

Чтобы уменьшить этот шум, нужно ставить большую ёмкость. В практических схемах делают например так:

1

1

спасибо. мне нужно обратное. генератор случайных чисел.
вы и в электронике и в математике разбираетесь, поэтому решил спросить.

Сообщение от Alexis333 В Data Sheet шумовые характеристики стабилитронов обычно не приводят

в современных стабилитронах стараются уменьшить шумы.
для ГСЧ ищут или старые стабилитроны, или используют транзисторы и светодиоды в нестандартном подключении.

Сообщение от Alexis333 так как у Atmega8 она не превышает 10 кГц.

на днях в ВК обсуждали. сошлись на частоте 16000000/4/13=307 692 Гц.
ну да, сам АЦП при этом даёт погрешность.

Сообщение от Alexis333 нельзя ли повысить точность путём усреднения нескольких последовательных измерений?

схема шумит, ацп шумит.
получится таким образом повысить точность?

0

Сообщение от Grey для ГСЧ ищут или старые стабилитроны, или используют транзисторы и светодиоды в нестандартном подключении

если есть МК, то почему бы не сделать цифровой ГПСЧ? Обычно это и проще и лучше, но разумеется всё зависит от приложения.

Сообщение от Grey на днях в ВК обсуждали. сошлись на частоте 16000000/4/13=307 692 Гц. ну да, сам АЦП при этом даёт погрешность.

Да, если нагрузка не более 10 кОм, согласно мануалу оптимальная частота 100-200 кГц. Допускается повышать, но будут теряться младшие биты. Если оставить 8 бит, а я так полагаю, что больше там брать нет никакого смысла, наверное можно поднять и до 300. На я на таких частотах АЦП Atmega8 не испытывал.

Сообщение от Grey схема шумит, ацп шумит. получится таким образом повысить точность?

Сообщение от Grey схема шумит, ацп шумит. получится таким образом повысить точность?

Здесь есть ограничение, о котором я раньше как то не подумал. Это внутренний ИОН. С ним повышать точность выше 8 бит наверное лучше и не пытаться. Ставить внешний ИОН тут неоправданно, проще наверное поставить внешний АЦП, они есть и скоростные, есть и сверхточные. Можно и контроллер другой взять, но у меня под Atmega всё уже "заточено", не хотелось бы перестраиваться. Времени уйдёт на это много.

0

Добавлено через 24 минуты
у atmega8 же есть вывод AREF. как обычный пин он не работает.
это только если на плате не оставили место под внешний ИОН.
даже если МК в сон отправлять, десятый бит с шумом будет.
как там из метрологии. точность измерительного прибора должна быть на порядок выше нужного результата.
да, или внешний ацп лепить или например на stm переходить.

Добавлено через 3 минуты
блин, забыл. и вывод AVCC у него есть, под дроссель.
может там найдется место под TL431.

0

stm не лучше, к нему даже внешний ИОН не прилепить. Да и шумов вряд ли меньше будет

0

0

Сообщение от Grey блин, забыл. и вывод AVCC у него есть, под дроссель. может там найдется место под TL431

я так понимаю это идея использовать TL431 в качестве ИОН, а какая у этой штуки долговременная нестабильность выходного напряжения? Кто знает, может она и те 0,5% точности обеспечить не в состоянии. Это же для стабилизации питания разработано, а не для измерений.

0

Grey, у них гораздо больше периферии, выше частота, в том числе частота АЦП, больше разрядность того же АЦП.
Но, скажем, в f103 АЦП не менее игрушечный чем в AVR. Все же это контроллер общего назначения, а не заточенный под обработку аналоговых сигналов. То есть померить заряд батарейки он сгодится, но заставлять его мерить сигнал скажем с биометрического датчика будет сложно.

0

Сообщение от Alexis333 а не для измерений.

не знаю какая у неё не стабильность.
если для измерений, нужно было внешний ацп ставить.

0

Сообщение от Grey не знаю какая у неё не стабильность. если для измерений, нужно было внешний ацп ставить

тогда для каких целей Вы предлагали использовать TL431?
мне просто показалось, что вместо внутреннего ИОН.

В принципе - можно ещё подавать на Areff напряжение с ЦАП, управляемого тем же МК, но большого выигрыша в точности от этого наверное получить не получиться.

0

ну, пишут, что он прецензионный.
типичное отклонение напряжения единицы милливольт. максимум, десятки милливольт.
от температуры конечно есть отклонение.

0

Сообщение от Grey ну, пишут, что он прецензионный

да, я нашел статью про него в википедии, действительно, получается он в несколько раз точнее внутреннего ИОН Atmega8

0

ацп на компараторе
http://microsin.net/programmin... t-adc.html

1

Это интегрирующий АЦП а не увеличение точности однобитного

0

К стати, а как Вы COKPOWEHEU, думаете, если на один из входов АЦП повесить терморезистор, и калибровать ИОН по температуре, точность измерений повысится? На эту мысль меня натолкнули одни дешевые китайские электронные часы, которые вместе со временем измеряют и температуру. Идут они на удивление точно. Есть подозрение, что там имеется температурная коррекция, вот температура и отображается. Наверное можно и для ИОН сделать такую же калибровку. Ведь основной источник нестабильности, насколько я знаю - это температура.

0

Технически наверное можно. Но тут вопрос как с достаточной точностью измерить сопротивление терморезистора. Все-таки ТКС металлических (медных, платиновых) довольно мал, а полупроводниковых нелинеен.
Боюсь, на погрешностях измерения и расчетов вы внесете большую ошибку, чем та, которую хотите компенсировать.

0

Сообщение от COKPOWEHEU Все-таки ТКС металлических (медных, платиновых) довольно мал, а полупроводниковых нелинеен.

мне всё представляется гораздо проще - можно провести калибровку частоты тактового генератора непосредственно по показаниям АЦП на разных, но строго фиксированных температурах и записать результаты в EEPROM, при желании, можно туда же записать и сами значения температуры. В этом случае нелинейность никакой роли не играет.
Да, согласен, что точность измерений невелика, но даже если она будет плюс минус 1 град., то на фоне изменения температуры окружающей среды (как минимум плюс минус 10 град.), по идее уточнение должно быть существенным.

0

Так вы сумеете измерить сопротивление датчика с точностью хотя бы пол-процента? Это как раз будет примерно соответствовать одному градусу.
Второй вопрос как вы будете калибровать уход кварцев по температуре? Я про то, что вам нужен будет эталон и нужны постоянные условия (температура, напряжение питания) на время, за которое вы эту разницу отследите. И так для каждой точки.
Третий вопрос я вам уже задавал: что за высокоточное устройство вы изобретаете? Явно ведь не обычные часы.

0

Сообщение от COKPOWEHEU Так вы сумеете измерить сопротивление датчика с точностью хотя бы пол-процента?

Если ограничить диапазон его изменения, то думаю вполне возможно. Реализовать тоже несложно - включить датчик в цепь смещения усилительного каскада и отрегулировать диапазон изменения напряжения в аккурат под АЦП.

Сообщение от COKPOWEHEU Я про то, что вам нужен будет эталон и нужны постоянные условия (температура, напряжение питания) на время, за которое вы эту разницу отследите. И так для каждой точки.

Да, с этим непросто, нужен термостат. Иначе никак.
Вопрос с напряжением питания остаётся открытым - влияет ли оно на работу тактового генератора, или нет? Я уже его задавал, но никто так и не ответил. Если влияет - то однозначно нужен стабилизатор, если же нет, то можно обойтись и без него. Вот это мне не совсем понятно. Склоняюсь к мысли, что стабилизатор питания нужен, по крайней мере это сразу снимет множество вопросов. Можно от него питать только МК и измерительные цепи, а мощную периферию - напрямую от батареи.

0