華大MCU ADC采集問題分析

白虎姐

從早期的8位，10位到12位ADC，現在ADC模塊已經成為了單片機的標配。但是ADC使用的時候采出來的數據一定是準確的嗎？其實工程師朋友們在使用的時候如果不注意的話，得到的采樣值會與實際之前存在一定的誤差。這是由于SAR ADC的結構所決定的，SAR ADC的標準結構如下圖：

在采樣過程中開關處于閉合狀態,并對采樣電容進行充電。如果采樣的速度過快或者輸入電流過小會造成電容Csh充電不滿，得到的采樣值會低于實際值。當電路輸入為小電流時，為了保護外部電路,防止由于電容突然與自己的輸出相連而對外部電路形成沖擊,我們在片上集成了一個模擬緩沖器如下圖方框里所示。

緩沖器更像是一個阻抗變換器,它會把自己輸出端電容量的變化轉化為其輸入端電容量的變化�？梢酝ㄟ^對寄存器ADC_CR0中的BUFEN位進行配置來選擇是否啟用緩沖器。當緩沖器打開后最大的采樣速率為200sps，其它情況下的采樣速率如下表：

注意不同電壓與采樣率的問題：2.4v以上，最大采樣率是1Msps，2.4v以下，最大采樣降低為500KSps， 低于2.2v，最大采樣率降低為200Ksps，注意不同參考源與采樣率的問題：使用內部Vref時，最大采樣率為200KSPS，達不到1MSPS。

知道了模塊的原理后如何提高采樣的精度？

第一種方法是找到噪聲源，回避這個噪聲源，比如在噪聲源穩定，或者消失的時候，進行采樣。就像電機驅動一樣，ADC不會在PWM切換時 采樣信號，因為PWM切換瞬間，噪聲是最大的。

第二種方法是無法回避這個噪聲源，那么我們的產品是有內部累加器的，比如進行16次采樣，讀取累加器高12位，就是16次采樣的平均值，芯片內部都已經集成這個累積，求平均的硬件算法。

第三種方法是輸入端加一個電容，進行去耦以及降低噪聲影響，再使用ADC進行采樣。

第四種方法是細節描述，比如在采樣的幾個cycle時，最好MCU的IO停止翻轉驅動，因為這樣會影響電源噪聲。 最重要的是：外部Vref的這個GPIO 在ADC采樣時，必須停止翻轉，因為共享一個PAD，GPIO的翻轉會把噪聲引入ADC的Vref。

第五種方法是細節描述，比如采樣的的幾個cycle時，我們可以配置采樣時間，加大sample的時間，這樣可以更精確的采樣信號。華大單片機ADC使用時推薦如下：

ADC的典型應用如下圖所示：

對于0.5LSB 采樣誤差精度要求的條件下，外部輸入阻抗的計算公式如下：

其中F_ADC為 ADC 時鐘頻率，寄存器 ADC_CR0<3:2>可設定其與 PCLK 的關系，如下表：

下表為ADC 時鐘頻率F_ADC和 PCLK 分頻比關系：

M 為采樣周期個數，由寄存器ADC_CR0<13:12>設定。

下表為采樣時間t_sa和 ADC 時鐘頻率F_ADC的關系：

下為ADC 時鐘頻率F_ADC和外部電阻R_AIN的關系（M=12,采樣誤差 0.5LSB 的條件下）：

                R_AIN（KOhm）         F_ADC(KHz)

                          10                          5600

                          30                          2100

                          50                          1300

                          80                          820

                          100                        660

                          120                        550

                          150                        450

盡量減小ADC輸入端口AIN_X 的寄生電容C_PARACITIC；

除了考慮R_AIN值外，如果信號源V_AIN的內阻較大時，也需要加入考慮

華大單片機-中國芯，中國夢中國人用自己的“芯”

• 如有技術與價格疑問，可以隨時撥打電話或QQ咨詢

• 我司有強大的技術團隊，可根據您的要求進行研發設計，量身定做，客戶滿意是我們的最高宗旨~！

• 電話：18124577713  QQ:783592501 • 華大MCU交流QQ群： 164973950