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讲解ADC模数转白话

黄忠 发布于 2021-10-27 16:34
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首先我们来简单介绍一下ADCADCAnalogToDigitalConverter简单来讲就是它可以把模拟量转化为数字量方便程序去处理

下面我们来看一下ADC的框图,我们从框图上来介绍ADC采样的原理

图片19.png 

1. 外部被采样信号从单片机特定的引脚输入ADC模块,具体信号从哪个采样引脚输入,取决于‘通道选择’配置。

2. 当正常开始采样后,被采样信号在规定的时间(即采样时间)内对图中的电容(即采样保持电容,简称采保电容)充电,当充完电之后会控制图中的开关断开,这个过程就像科学家提取了一份标本,拿回实验室研究一样。

3. 当开关断开之后,图中的转换模块会花费一定的时间(即转换时间)对电容中的存的电压进行转换,并把转换的结果存入缓冲器,供程序员读取使用,同理,就像科学家对提取的标本花时间研究,得出一个结果。

以上就是整个的ADC工作过程,虽然草草几段话了解,但是其中不乏很多关键的细节问题,什么细节问题呢,很多老铁会想,这不都是自动的嘛,有嘛要注意的,那么我们先来看一下这样几个问题。

1. 采样时间设置多久?

2. 采样时间是越短越好还是越长越好?

3. 采样时间设置的大小和被采样信号的源内阻有什么关系?

4. 如何从有干扰的信号中提取有用的采样信号,实现正确采样?

5. 采样的结果和参考电压有什么关系?

现在我们就上面几个问题,展开说明:

上面的描述可以得到:从采样到转换完成中间2个时间采样时间+转换时间转换时间是固定的,采样时间可以设置),这两个时间决定了ADC采样的速度问题当需要高速AD采样的时候,这两个时间尤为重要因为它决定了采样速度

我们再回头来想这里是被采样信号先对采保电容充电因为转换时间是固定的我们能配置的就只有采样时间了是不是说采样时间我们配置的越小越好呢答案是:不是的,最起码得保证采保电容电压和被采样信号的电压非常接近吧如果一味的小,追求速度快,采保电容充不满,转换出来的数据也不对

那就带来了一个问题这个被采样信号源内阻的问题说白了就是对这个采保电容充电的电流够不够大只有充电的电流大了,才能在最短的时间内充满如果充电的电流非常小,恰恰配置的采样时间很小,结果只有一个,采样不准确我们经常看到,有的设计方案,做电压采样,分压电阻设计的阻值非常大当这样的大阻抗遇到高速采样,那就有可能会不准确了

图片20.png 

大家看上面的R1R2设置大了,那么充电电流就小了那么R1R2的阻值设计小了,充电电流大了,那么带来的问题功耗就大了当需要高速采样的时候,就需要注意这个阻值分配的问题对功耗要求比较高的产品,如可穿戴产品,蓝牙耳机,智能手表等,这个就需要大的阻值了一般情况下功耗要求不高的场合,我们基本上设计在1-2mA所以从此可以得出一个结论,采样时间不是越快越好,也不是越慢越好,恰到好处即可,需要你去实际调试。

如何从带有干扰杂波的信号中提取到有用的信号呢,一般情况下,我们会根据系统的特性进行定点采样,即避开干扰区来采样提取有用的信号,再配软件或者硬件滤波手段来提取有用信号。

采保电容得到了准确的采样信号,就一定意味着转换结果准确吗?答案肯定

NO,这个和参考电压也有关系,参考电压就像一标准样品一样,举例来讲:老板说照着这个样品给我做100个,那首先前提是你的样品得准确,如果样品都不准确,那做出来的东西也必然会有偏差。

想必通过上面的描述我们已经对ADC采样有了一定的理解认知,上面的描述只是ADC的一部分要点,介于篇幅原因,这里就不再赘述了,文末留个大家几个问题:大家看图中绿色地方电容这个电容加了好还是不加好?加多大好?在布板的时候这个电容应该摆放在哪里比较好?

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