Validazione delle letture di tensione di un ADC

[Lucast85]

Dovrei realizzare un test funzionale su sistema che converte dei valori di tensione analogici in digitali e li trasmette via SPI ad un microcontrollore.
Questi valori di tensione provengono da un partitore così composto:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Per eseguire il test dovrò emulare il comportamento dell'NTC.
Probabilmente la modalità più corretta per fare il test è quella di sostituire l'NTC con dei resistori variabili che coprano il range dell'NTC originale (circa 160 ohm-980 kohm). Il test sarà eseguito automaticamente con un SW scritto in LabVIEW che controllerà i valori resistivi dell'NTC emulato e validerà le letture provenienti dal microcontrollore (ossia i valori di tensione del partitore, salvati sul registro dell'ADC).
Da qui l'esigenza di utilizzare dei potenziometri digitali, come questo, al posto degli NTC.
Ora però questi dispositivi non hanno la risoluzione che vorrei, ossia, 2,3 ohm, ma molto minore (1024 step su 10k, 20 k, 50k, ecc.). Risolverei con una rete di potenziometri digitali, ma si complicherebbe di molto il controllo ed il circuito.
Mi è venuto in mente di utilizzare degli NMOS in saturazione controllando la loro tensione di gate con un DAC a grande risoluzione 14 o 16 bit seguito da un partitore. Così:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

In questa maniera credo che riuscirò ad ottenere la risoluzione desiderata però ho paura di complicarmi la vita con la funzione di trasferimento dell'NMOS in saturazione, infatti da una prima simulazione, risulta:

Simulazione LTSpice della resitenza eq. del NMOS

NMOS_NTC.png (70.5 KiB) Osservato 6220 volte

Dove in blu è descritto l'andamento della corrente sul "partitore" (10k-NMOS), in verde la tensione da verificare sull'ingresso dell'ADC (ADC input), in rosso la resistenza equivalente dell'NMOS, tutte in funzione della tensione generata da PC tramite DAC.

• E' corretto, secondo voi, sostituire all'NTC, un MOS così controllato piuttosto che un potenziometro digitale?
• Pensavo di ricavare la caratteristica della corrente in funzione di Vgs dalla formula dell'NMOS in saturazione, ossia trascurando l'effetto della modulazione di lunghezza di canale. Avrò una buona corrispondenza, o caratterizzo il MOSFET che andrò ad usare con una simulazione SPICE o con una campagna di misure sul componente reale?

L'ho fatta lunga...spero abbiate avuto il coraggio di leggermi.
A presto,

[claudiocedrone]

Scusa la domanda, quale è lo scopo del partitore con la NTC ? Cioè, si sta tenendo conto della estrema non linearità nel rapporto tra variazioni di temperatura e di resistenza di tale componente ?

[TardoFreak]

Non mi è chiaro cosa devi controllare, se il funzionamento dell' ADC, se quello del NTC o di tutto il sistema.
Nel primo caso basta collegare l' ingresso del ADC ad una tensione nota, nel secondo caso bisogna riscaldare/raffreddare l' NTC, nell' altro eventuale caso ... cosa bisogna testare?
Non basta un collaudo parametrico? In fondo ci sono solo due o tre componenti.

[Lucast85]

:-) Scusa la domanda, quale è lo scopo del partitore con la NTC ?

Il circuito integrato che ha a bordo l'ADC è un sistema di misurazione di tensioni e temperature di diverse celle al litio. Una volta misurata la tensione, si tiene conto della non linearità della R(t) tramite delle look-up table.

Non mi è chiaro cosa devi controllare, se il funzionamento dell' ADC, se quello del NTC o di tutto il sistema.
Nel primo caso basta collegare l' ingresso del ADC ad una tensione nota, nel secondo caso bisogna riscaldare/raffreddare l' NTC, nell' altro eventuale caso ... cosa bisogna testare?

In effetti siamo proprio nel 3° caso: dovrei testare l'intero sistema ma riscaldare/raffreddare l'NTC da -55°C a 155°C non è molto semplice per cui ho preferito eliminarla e supporre che questa funzioni correttamente .
Collegare l'ADC ad una tensione nota non mi sembra corretto in quanto si testerebbe solo l'ADC ma non la Vref generata e neanche la resistenza da 10 kohm del partitore. Ecco perché pensavo di sostituire all'NTC un "potenziometro digitale" o un MOSFET.

[TardoFreak]

Però in questo modo dovresti collaudare il circuito prima di montare l' NTC.
E quindi come collauderesti tutto il sistema senza collegare l' NTC?

[claudiocedrone]

E perché quel range (-55°C +155°C) ? Non ho notizia di celle al litio che sopportino una tale escursione termica.

[TardoFreak]

Se il collaudo funzionale/paramterico è necessario per tutto il sistema c'è poco da fare, bisogna collaudare il sistema.
E se lo si deve collaudare da -55 a + 155 bisogna organizzare il collaundo in modo adeguato.
Probabilmente è un' applicazione che richiede un' affidabilità eccezionale.

Oppure non serve un collaudo del genere ... non so, non ho ancora capito.

[claudiocedrone]

Mah, è che non credo abbia senso sapere la tensione e la temperatura di una cella... esplosa é per quello che chiedevo.

[Lucast85]

Però in questo modo dovresti collaudare il circuito prima di montare l' NTC.
E quindi come collauderesti tutto il sistema senza collegare l' NTC?

Esatto. Gli NTC sono collegati tramite un ingresso apposito alla board con connettore.
Non sono saldati direttamente sul PCB ma vanno a monitorare la temperatura direttamente sugli elementi al litio.

E perché quel range (-55°C +155°C) ?

Perché teoricamente è il range dell'NTC utilizzato ed anche il range di conversione ammissibile dall'ADC (0-5 V).
Il sistema che vorrei testare è un BMS che appunto tiene sotto controllo diverse grandezze e la più importante è proprio la temperatura. Un eventuale valore fuori norma deve venir segnalato istantaneamente ed il BMS dovrà adottare le contromisure apposite.
In altre parole sono valori estremi ma vorrei testare tutto il range utile per verificare che tutto funzioni secondo le aspettative.
Per assurdo se c'è un baco a livello firmware (ad esempio sulla look-up table) e la temperatura fuori norma di 85°C viene interpretata come 30°C... non oso pensare cosa possa accadere.....

[Lucast85]

Se il collaudo funzionale/paramterico è necessario per tutto il sistema c'è poco da fare, bisogna collaudare il sistema.
E se lo si deve collaudare da -55 a + 155 bisogna organizzare il collaundo in modo adeguato.
Probabilmente è un' applicazione che richiede un' affidabilità eccezionale.

beh...si Probabilmente se effettuo il test con il potenziometro digitale, ho un livello d'affidabilità del test molto alto, però non compro il 100% dei casi...e questo mi preoccupa.
Il test è un HiL (Hardware in Loop) e dove proprio non posso mettere componenti reali e testare tutto il range ammissibile sono costretto a simularli. Questo è uno di quei casi ...