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2015年4月24日 (金)

ADコンバータでマイナスの電圧を測ったときの内部抵抗の低下 - 16bitADC/MCP3425

先日16bitADCのMCP3425は-0.3Vまで測ることができるということを書きましたが、そのとき心配になったのは入力がマイナスになると保護回路が働いて入力抵抗が下がってしまうのではないかということでした。実際に入力抵抗が下がるものか調べてみました。

やり方は前記事「ADコンバータでマイナスの電圧を測るとどうなるか? - MCP3425編」と同じですが今回は信号源(出力抵抗はほぼゼロ)に直接接続する場合以外に抵抗(509kΩ)を介して接続する場合をやって測定値の低下からMCP3425の入力抵抗を求めます。

なおここでいう“マイナスの電圧”というのは差動入力でマイナスになったということではなくIn-はグランドに落としIn+にマイナスの電圧を与えるという意味です。

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入力電圧として一定の割合で電圧が低下していく信号源を使い抵抗が直列に入っていないときと入っていないときの電圧変化を調べてみます。
300mv

青い線は抵抗が入っていないときで直線的に電圧が低下しているのは間違いないようです(信号源とMCP3425が同じ形の非直線性をもっていればこうなりますが、現実にそういうことはまずないでしょう)

電圧は-0.4Vまで変化させていますがMCP3425の絶対最大定格は-0.3Vなので注意してください。

問題は抵抗が直列に入った赤い線の方ですが案の定マイナス電圧が大きくなってくると非直線性を示しています。

これからMCP3425の内部抵抗を求めてみました。
300mv_2

電圧が-0.2V以下になると急激に内部抵抗が低下しています。内部抵抗が低下しているのは予想通りの結果と言えますが-0.3Vでも800kΩはあるわけでこのことを知って使えば特に問題視するほどのものではないような気がします。

0Vあたりの内部抵抗に乱れがありますが、これは電圧が低くなったため計算誤差がおおきくなっただけだと思います。

ちょっと気になるのはプラス側でも徐々に内部抵抗が低下して行っていることでしょうか。
もっと高い電圧から実験を始めればよかったと後悔しています。

データシートによればMCP3425の内部抵抗は 2.25MΩ/PGA とされています。このときはフルスケール±1.024VつまりPGA=2で使っていましたので+0.2Vあたりの内部抵抗はそれらしい値を示しています。+0.2V以上では内部抵抗はほとんど変化しない、ということを祈ります。

なお信号源抵抗が比較的高い場合MCP3425の内部抵抗を考えにいれて計算するときは内部抵抗の温度による変化に注意した方がいいと思います。内部抵抗は温度の変化に敏感だと思われます。バッファを入れるなりして信号源内部抵抗が低い状態で使うのが基本だと思います。

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