ATtiny3224の12bit ADC

ATtiny3224の12bit ADCを評価するため、電源回路
からあれこれと・・・

電源回路　主電源より0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい
電源回路　主電源より0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい #2

で、結局、こんな評価回路になりました。

ラズパイ・ピコのAD入力テストでもマルチプレクサを
使って、PWMを用いたDACを試していました。

Arduino IDEでRaspberry Pi Pico：PWMでD/A出力してA/D入力を試す
Arduino IDEでRaspberry Pi Pico：A/D入力が…あれっ？

ATtinｙ3224での結果、そのうちまとめますが
あんまし良くありません。

単調性は大丈夫なのですが、12bit値として
想定より6～8くらい小さな値が出てくるのです。
いわゆるオフセット誤差です。
　　電源電圧で変化
　　Vref値で変化

データシートを見ると
代表値は「1.5LSB」と良い値が示されているのですが、
最大最小値が「±28LSB」とエラい大きな値になって
います。
Arduino UNO R3のATmega328Pの10bit ADCが
調子良かっただけに、ちょいと不満です。

取り急ぎ、ATtiny3224のADC特性です。
TCA0で12bitのPWM波を発生させ、LPFを通して
DAC出力を得ます。
それをAD変換。
出力も入力も12bitなので、その差を求めて正確さ
を見つめます。

まず、0～4095をスキャンしたときのようす。
電源電圧Vddは5.0V。
　　DA電圧得るオペアンプは電圧を少し
　　拡大して出力がサチるのを防いでいます。
VrefをVddと外部基準電圧2.5Vにして計ってみました。

想定値より低い測定電圧になっています。
Vrefを2.5Vにするとさらに下がりました。
AD入力端子にVref電圧をつっこんでも、
フルスケールの4095は得られません。
VrefがVddなら電源につないでもフルスケール
値が出ないのです。

また、ゼロボルト付近の挙動もやっかいです。

入力電圧が上昇してもしばらくゼロが続き、
あるところから変換値が出始めます。

ATtiny3224のAD部には差動増幅回路が仕込ま
れていて最大16倍のゲインを設定できるように
なっています。
この内部回路のせいで、単純なAD変換が苦手な
のでしょう。

もう一つ。
LM7705でマイナス電源を作ってオペアンプを
駆動したときの効果を。

LMC6482(今はエラい高価に)の出力特性が
改善されているようすです。

LMC6482での0V付近出力
     +------------ 電源0～+5.0V
     +       +---- -0.2V～+5.2V
PWM (mV)   (mV)
0    6.9    0.2
1    6.9    1.3
2    7.1    2.4
3    7.2    3.7
4    7.4    5.0
5    7.8    6.2
6    8.3    7.4
7    9.0    8.5
8   10.1   10.0
9   11.0   11.0 

いちばん右側に数字が±電源での出力電圧。
あたりまえですが、0V付近のリニアリティがちゃんと
なっています。
単電源だと入力が0Vでも出力は10mVくらいまで
しか落ちませんが、マイナス電源が入るだけで
ちゃんと0Vから出るようになります。

・ATtiny3224 12bit ADCテストプログラム
　　ダウンロード - ad_test1.txt
　　　　ファイルタイプをinoではなくtxtにしています

プロンプトに対し、
　？：コマンド一覧表示
　数値(0～4096)：DA用PWM値出力
　Enter(CR)：PWM値と12 bit ADC値を表示
　Ｇ：スキャン開始　scan_lo→scan_hi
　Ｌ：スキャン開始PWM値
　Ｈ：スキャン終了PWM値
　Ｓ：スキャンstep
　Ｗ：スキャン待ち時間(約1ms)