求助：ADC转换值和实际测量值之差差异过大？

myopene · 发表于 2017-1-26 13:57:53

本帖最后由 myopene 于 2017-1-29 00:31 编辑

见附图，有 20组数据：
第二列为使用ADC转换后的数字值计算出来的传感器输出电压值；
第三列为用台式万用表测量的传感器实际输出值；
第四列为前两列之差。

两列之差的最大值为0.21844mV，最小值为0.00046mV （0.21844/0.00046 = 479.8，相差 480倍）！
也就是说，有时，ADC转换的精度很高，有时却很低。
使用的ADC芯片是：ADS1220；MCU用的是STM32F030 .

请教：
测量这20组数据时，使用的是同一个硬件电路，软件配置也一样，为什么会出现这么大差异呢？

非常感谢！

附图
无标题 1.png

mack13013 · 发表于 2017-1-26 13:57:54

本帖最后由 mack13013 于 2017-1-27 20:03 编辑

这个有可能是ADC的稳定性不好，也可能是ADC的精度线性不够。你测量的样本不是太够，不好说

这里有篇帖子，能帮你解决ADC稳定性不好的问题，不过线性精度这篇帖子就不能解决了。
帖子地址STM32F407的ADC真的不够精准吗？教你设置STM32F407的ADC参数使其精度高于千分之一

当然帖子标题是不准确的，应该是使其不稳定偏差小于千分之一，因为ADC稳定了线性却未必好。

当然，你在怀疑ADC之前，至少要确认你的万用表价格不是低于100块的那种。

北京蜈蚣 · 发表于 2017-1-28 10:52:16

见到好多人说STM32的ADC这样那样的事情，我也试了一下，确实是不如独立的adc好用，但是也不像好多人说的那样差劲。
由于搞了很久的模拟电路，让我直接把信号捅到io上的事情我是无论如何也做不出来的，你首先要有一个ADC前端的概念，怎么输入一个信号是很重要的，有时候必须要经过阻抗缓冲的。然后就是ADC的调制频率，到底是搞准了没有，再有就是一个值得信赖的基准，你不会用3.3V的电源电压作为基准吧。这些都搞了，也差不多了，就这样用吧。市面上独立的ADC大把的，便宜的有TM7705，真的不贵，需要有点质量的转换可以考虑一下。

另外，为什么做开发板的家伙都没有基准的概念，哪怕您就是加上一片一块多钱的MC1403也好太多了，我被迫自己做开发板只为了这个，至今没有见过谁哪怕放一片MC1403上去，几百块的开发板还在乎那一块多钱吗。

myopene · 发表于 2017-1-29 00:30:37

本帖最后由 myopene 于 2017-1-29 00:34 编辑

mack13013 发表于 2017-1-26 13:57
这个有可能是ADC的稳定性不好，也可能是ADC的精度线性不够。你测量的样本不是太够，不好说

这里有篇帖子 ...

谢谢大侠！

1. ADC芯片用的是ADS1220( 24位的，集成PGA 和 2.048V的参考电压)；MCU用的是STM32F030 ；
2. 万用表用的是agilent台式万用表

myopene · 发表于 2017-1-29 00:47:52

本帖最后由 myopene 于 2017-1-29 00:49 编辑

北京蜈蚣发表于 2017-1-28 10:52
见到好多人说STM32的ADC这样那样的事情，我也试了一下，确实是不如独立的adc好用，但是也不像好多人说的那 ...

谢谢前辈！
前辈专业！

1. ADC芯片用的是ADS1220( 24位ADC，集成PGA 和 2.048V的参考电压)；MCU用的是STM32F030；
ADC外围电路如附图所示，不知道有无问题，还请前辈指点！

2. “ 调制频率 ”是什么意思？是采样速率吗？这里的采样速率是：45SPS（45次/秒）。
附图
无标题1 1.png

mack13013 · 发表于 2017-1-29 04:00:57

本帖最后由 mack13013 于 2017-1-29 04:03 编辑

myopene 发表于 2017-1-29 00:30
谢谢大侠！

1. ADC芯片用的是ADS1220( 24位的，集成PGA 和 2.048V的参考电压)；MCU用的是STM32F030 ...

24位？？我擦，没注意到这个精度。看你下面的图应该是差分信号了。
内部集成参考电压的话，电源部分有个磁珠隔离应该是够了。看了ADS1220参考手册，AIN0和AIN1给出的参考布线没有严格按照成对，估计是芯片设计考虑到这里不会有太大影响了。

不管怎么说，这么高分辨率的ADC都得是伺候祖宗级别了。先分步骤确认吧，把测量系统一个一个的摘除（比如先去掉ADC电路，仅用万用表测量，确定没问题之后，再一个系统一个系统的加进去，慢慢确定问题范围再说）

说实话，这样分辨率的ADC没接触过，感觉应该是高精密的玩意，可是看ADC数据手册给出的参考电路，就是一对电阻3个电容（感觉像是12位ADC前端那么粗糙啊）。

还有，输入输出阻抗驱动会不会有问题，毕竟5.1K挺大的，如果可能，降低阻值试试（若是为了信号匹配的电阻的话，当我没说，其实这个的可能性蛮低，毕竟45sps不高）

这么高分辨率，我是没玩过，无责任胡诌一下吧，这么高分辨率，在信号进入ADC之前，感觉应该有复杂的补偿、屏蔽、跟随电路之类的，参考手册给出的电路还是觉得简单了些。

北京蜈蚣 · 发表于 2017-1-29 05:13:02

myopene 发表于 2017-1-29 00:47
谢谢前辈！
前辈专业！

sorry，真没注意这个是精度24位的ADC，我还以为是用的STM32内置的ADC
操作高过16位的ADC都是一种痛苦的煎熬，你要是没有心思较劲就不适合干这个，你要是较劲太过就变成了迂腐的钻牛角尖的节奏了，所以心态很难把握。如何是个度，就需要非常理智的判断。
首先，要给自己定一个目标，你到底要获得什么样子的分辨率和精度
看你采样45次，这类廉价的24位adc也就是能获得比16位稍强的数据吧，得到24位的数据是不现实的，毕竟噪音已经好几十微伏了。说到噪音，adc干的就是信噪比，你想获得更准确的数据，除了降低速率没有任何的捷径。随之而来的就是各种的纠结，首先你的接口要隔离，去看看稍微精准些的芯片，比如LTC2440,ADS1256,都要求你隔离端口，不然单片机的分吹草动就会引起较大的出入。然后就是基准，这该死的基准是一切的核心，5ppm是绝对不好用的，起码要1ppm，事实上6位半万用表34401的刻度是1200000，你看看实际的有效位是多少呢，但是五位半六位半的表都坚决的使用了深埋恒温基准，这不是没有道理的。最最使人闹心的还有那些电阻电容，起码你图里C7，C9，C11如果是一般的贴片电容就会让你用的提心吊胆的，因为电容也是有温飘的，最好是上聚碳酸酯的电容，看看那些仪表的图就清楚了。要是前端稍微复杂一点，那些高精准低温飘的电阻个个比你的芯片贵10倍。所以去探索高精准的数据转换要慎重，没事别折腾这个。
高精准的数据采集是非常费钱的，看看市面上有大把的二手六位半万用表就知道了，真正干这个，万用表绝对用不到3年就要换掉的，因为里面器件的老化是不可逆的，到时候必须淘汰换新不然就对不起昂贵的工程师的工资开销。说的有点多了，原则就是没事最好不用钻研这个，因为不值得，我们也绝对不可能超过前人的。