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芯片引腳解讀之ADC引腳

jf_78858299 ? 來源:達爾聞說 ? 作者:妮mo ? 2023-02-27 14:44 ? 次閱讀

為什么要講ADC,主要有2個原因:第一個原因是選擇困惑,經常看到小伙伴對ADC有疑問,不知道該用MCU內置的ADC,還是單獨的ADC。第二個原因是ADC是我們在開發(fā)時用到最多的外設功能之一了,因為世界是模擬的,越來越多的項目需要測量模擬信號,根據這些信號再去分析、計算等操作。所以如果選一個外設來講的話,那一定是ADC。

既然是芯片引腳解讀系列,就來看看MCU內部集成ADC的情況,還是以ST的MCU為例,像STM32F412中集成的是1個16通道的12位,2.4MSPS ADC,也有一些是集成2個,3個ADC的,STM32H750上就集成了3個16位,3.6MSPS 速率的ADC,一般來說,集成的ADC的性能強弱和本身MCU性能有很大關系。

MCU內置的ADC引腳大多是和GPIO口復用的,16通道就是要有16個模擬輸入信號引腳。除了輸入引腳之外,還有專門的ADC電源和地,也是我們之前講過的VDDA和VSSA,VDDA可以通過隔離器件接到VDD,也可以單獨使用基準電源芯片供電,這個根據ADC轉換要求選擇,一般都是接到VDD。

在使用內置ADC的時候,我們要注意datasheet中相關的內容,比如下面這個表里的表示ADC動態(tài)性能參數,ENOB代表的是有效位數,SIAND信號與噪聲失真比。

下面,就從性能、設計難度、成本幾個維度給大家分析下片內ADC和獨立ADC之間的區(qū)別。

先說性能,說實在的,內置ADC的性能提升從一些方面來說,是被框死的。ADC是模擬外設,而MCU主要是數字半導體而且速度很重要,MCU使用的混合信號技術很難為了提高模擬功能而去犧牲數字速度。另外,ADC需要內部參考電壓,去和模擬輸入信號的電壓電平做對比,這個參考電壓要么來自MCU電源VDD,要么從一個專用的引腳引入。

ADC輸出精度很大程度上取決于穩(wěn)定的參考電壓,因此需要在MCU內部把這個參考電源和數字邏輯分開隔離,以最大限度地減少噪聲干擾。雖然外部專用參考電壓引腳可以提供更好的隔離,但仍然會受到通過MCU切換的高速數字信號的一些小干擾,這對測量小電壓時非常重要,很可能會因為參考電壓噪聲,而丟失信號。

是不是可以使用更高的參考電壓來最大限度地減少噪聲的影響,當然可以,但要在測量低電壓時保持相同的精度,就勢必要提高分辨率,位數。這會增加芯片上 ADC 的面積,并增加 ADC在生產中的測試時間,MCU的成本無疑會增加很多。所以,內置ADC的性能提升從很多方面是被限制的。

再來看看獨立的ADC性能有多強,模擬大廠ADI的高速的ADC最多的位數可以達到32位,采樣速率最快可以達到10GSPS。10Gsps對比MCU幾M的速率,大家想想,也就是飛機和蝸牛的速度吧。

當然,性能高并不代表一定合適。所以還需要多考慮。將ADC和MCU集成就意味著省了一顆芯片的面積,占用電路板的空間更小。而從價格上來看,帶有集成 ADC 的 MCU 的價格肯定是低于 MCU 和獨立 ADC 的組合價格,性能高的ADC芯片價格可比MCU要美麗多了。

什么情況下,我們去選擇MCU內置的ADC呢,主要看內置ADC的精度、輸入通道數和速度等參數是否滿足我們的設計要求。如果滿足設計要求,比如簡單的低分辨率的,就可以直接使用內置ADC,這樣既降低了硬件成本,又降低了設計復雜度。

那不滿足的時候,比如一些精密的應用場合,我們就要去選擇獨立的ADC芯片,選擇的標準基本和內置ADC的選擇標準一樣,只不過外加獨立ADC的時候,還需要考慮與單片機的數字接口,常用的有IIC、SPI、并口等接口。

現在MCU的性能提升,各種外設的性能也是水漲船高,很多應用,集成的ADC也都能夠勝任了。

關于ADC引腳就講這些了,下期繼續(xù)講其他引腳~

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