STM32 ADC应用中信号源特性对转换结果的影响 寄存器, 信号源, 影响

yuchengze

评论 （0）分享到微博QQ微信LinkedInSTM32家族中的所有芯片都内置了逐次逼近寄存器型ADC模块.内部大致框架如下:


每次ADC转换先进行采样保持，然后分多步执行比较输出，步数等于ADC的位数，每个ADC时钟产生一个数据位。说到这里，用过STM32 ADC的人是不是想到了参考手册中关于12位ADC转换时间的公式：


ST官方就如何保障或改善ADC精度写了一篇应用笔记AN2834。该应用笔记旨在帮助用户了解ADC误差的产生以及如何提高ADC的精度。主要介绍了与ADC设计的相关内容，比如外部硬件设计参数，不同类型的ADC误差来源分析等，并提出了一些如何减小误差的设计上建议。

这里我摘取部分内容，结合个人的理解加以整理与大家分享。更多细节可以去www.st.com搜索AN2834下载细看。

当我们在做STM32的ADC应用遇到转换结果不如意时，常有人提醒或建议你对采样时间或外部采样电路做调整。这里调整的最终目的就是让信号进入ADC模块的充电时间与内部采样时间匹配，保证采得的电压尽量真实，最终得到符合精度要求的转换结果。下面就聊聊相关话题。


一、模拟信号源阻抗的影响


在做ADC操作时，在信号源与ADC引脚之间，或者说在串行电阻RAIN与ADC引脚AIN之间总有电流流过，自然会产生压降。内部采样电容CADC的充电由阻容网络中的开关和RADC控制。
显然，对CADC有效的充电由【RADC +RAIN】控制，充电时间常数是tc = (RADC + RAIN) ×CADC。不难理解如果采样时间小于CADC通过RADC +RAIN充电的时间，即ts < tc，则ADC转换得到的数值会小于实际数值。
可以看出，随着电阻(RADC+RAIN)的增加，对保持电容的充电时间也需要相应增加。对于STM32而言，RADC是内部的采样开关电阻，阻值相对固定，具体数值在芯片的数据手册里有给出。所以，这里真正可能变动的电阻就是信号源电阻RAIN了，它的变化影响充电常数，进而影响到芯片内部采样时间的选择。
注：tc是电容CADC充电完全的时间，此时Vc = VAIN（最大1/2LSB 误差）
Vc：采样电容CADC上的电压
tc = (RADC + RAIN) × CADC 【CADC的值也是相对固定的】

二、信号源的容抗与PCB分布电容的对ADC的影响
做ADC时，除了考虑信号源端的电阻外，还需要考虑信号源本身容抗和在模拟输入端的分布电容(参见下图)。信号源的电阻和电容构成一个阻容网络，如果外部的电容(CAIN +Cp)没能完全充电至输入信号电压，ADC转换的结果显然是不准确的。(CAIN + Cp)的值越大，信号源的频率也就越受限制。(信号源上的外部电容和分布电容分别用CAIN和Cp表示。)