10.3[ADC]采样时间和转换时间-嵌入式铁头山羊STM32笔记

采样时间/保持时间概念如上图所示。

ADC 对模拟信号的转换过程:

步骤一:闭合开关,取点---采样

步骤二:断开开关,将采到的模拟信号转换成数字信号---转换

目录

https://www.bilibili.com/video/BV11X4y1j7si?t=149.3&p=51

1.ADC的时钟频率

上图左为单片机内部结构框图。左下角为 ADC1/2,为 ADC 模块。

Q:ADC 时钟频率是啥?

A: 输入到 ADC 模块的时钟信号的频率。

上图右为时钟树。可以看到最上面的 ADC1..2 的时钟频率,是 PCLK2 经过/2,/4,/6,/8 分频得到的。

如上图所示,芯片参考手册:RM0008,ADC 章节,ADC 的输入时钟频率不能超过 14MHZ。所以 f_ADC 小于等于 14MHZ。

举例:

标准库编程,假设不对时钟树做设置,各个节点频率初始化为最高频率,

SYSCLK=HCLK=PCLK2=72MHZ

PCLK1=36MHZ

PCLK2=72MHZ,6 分频,得到 12MHZ 的 f_ADC

2.转换时间的计算方法

上图为逐次逼近型 ADC 的内部结构框图,可逐次不断调节天平砝码的组合来逼近被测物体的实际质量。

转换时间计算方法:这个 MCU 的 ADC 为 12 位,所以结果寄存器有 12 位,一次存一位,存 12 次,比较 12 次。

存一位的时间(周期)为 1cycle(cycle 根据 ADC 输入时钟频率定,12MHZ),f=12MHZ,T=1/12MHZ=0.083us

存十二位的时间(周期)位 12 * cycle + 0.5cycle(额外的 0.5cycle 为保持时间)

3.采样时间和信号源内阻的关系

模拟信号信号源内阻的大小,会影响开关采样时间的长短

上图右电路表示上图左实物。

锂电池电压约 3.7V,动力电池内阻(电阻) 10 毫欧左右。

接下来分析下信号源内阻和采样时间的关系。

展开上上图的右边五边形,展开模拟信号(内阻),可得上图整合电路。

采样:闭合开关,给电容充电。电容和内阻为串联关系,内阻越大, 电流越小,充电速度越慢,充电时间越长。

关系:信号源内阻越大,采样时间越长,

4.信号源内阻的计算方法

上图为光敏传感器模块,可测量光照强度。

原理:传感器上方为光敏电阻,光照越强,电阻阻值越小。AO 引脚输出模拟信号,可得光照转换后的电压大小。

上图为光敏传感器模块的电路图。

R1、R2 串联分压。光敏电阻阻值越小,AO 引脚电压值越小。

电路图转换成最右图形式,U 代表理想电源,R 代表内阻。

上图左电路 VCC 修改位置,转换为上图的中间的电路。根据戴维南等效定理,上图的中间电路可转为上图右电路形式。

等效电压:二端网络开路,AO 和 GND 断路,电压为 R2 电压,电压为 VCC *(R2 /(R1+R2))

等效电阻:去掉 VCC,发现 R1 和 R2 并联,R=R1//R2(R1 并联 R2),R1=10 千欧,所以 R 小于 10 千欧(并联阻值比其中任一电阻小)

所以取 10 千欧作为信号源内阻。

5.采样时间的计算方法

单片机数据手册(DS5319)的第 75 页公式,计算 ADC 的采样时间。 Ts 表示采样时间。

Ts 移到左边,得到上图下面的公式。

上图为公式各个变量释义。

R_ADC 为采样保持电路中的采样电阻,这个阻值是固定的,可从 DS5319 中查出阻值(74 页),如上图所示,为1 千欧

C_ADC 为采样保持电路的采样电容,从图可得,8 皮法(m,u,n,p)。

N:采样深度,12 位逐次逼近型 ADC,为 12

f_ADC:12MHZ(要小于 14MHZ,PCLK2=72MHZ,六分频可得 12MHZ)

可得 Ts 大于 10.24 Cycle

总结

简单介绍了下 ADC 时钟频率,以及 f_ADC 计算方法(f_ADC:PCLK2 默认 72MHZ/6 分频=12MHZ 小于 14MHZ)。转换时间为12.5 Cycle (12 位),采样时间为 10.24 Cycle(公式可得)

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