前言

最近在做物联网项目，需要在硬件上实现休眠时超低功耗设计（整机待机电流在50uA以内），工作时必须带有电池电压检测（3.3V-4.2V）。项目是STM32L051做的，电池供电，功耗要求极高。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

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一、ADC采集输入阻抗的问题

初始设计是用两个阻值相同电阻分压直接进行ADC采集，阻值1M，由该电路引起的待机电流为4.2/（1000 +1000）mA=2.1uA.此时比较合理。

9 R. b" L/ L4 q7 M# ]
编程采集数据时发现测试电压与实际电压有偏差，测试值总比实际值偏小一点。在软件上做补偿，把值修正了。

但是换一个板子测试的时候发现测试的电压又不准了，此时知道通过软件补偿这种方法行不通。那么只能从硬件找原因。

查找datasheet发现AD的输入阻抗最大只有50KΩ。

* d2 c. [/ ^4 u

　　

6 W. Z1 B4 i# D  U图中RAIN：外部输入阻抗，STM32芯片中这个值最大为50KΩ;

RADC：采样开关电阻，最大值为1KΩ;

CADC：内部采样和保持电容，最大值为7pF.

在ADC数据采集的时候需要有电流流入，那么RAIN会产生一个压降。阻容网络中的RADC和CADC上，对电容的充电由RADC控制。随着源电阻(RADC)的增加，对保持电容的充电时间也相应增加。

对CADC的充电由RAIN+RADC控制，因此充电时间常数为tc = (RADC + RAIN) × CADC。如果时间过短，ADC转换的数值会小于实际值。

通过以上数据知道，采集精度跟采集时间和输入阻抗有关。但是通过计算得知，如果输入阻抗为300KΩ，那么充电时间约为2.4uS。在软件上把采样周期调到最大（ADC_SampleTime_239_5Cycles，频率为12M，时间19.9uS）,还是存在误差。说明此时跟周期不是主要原因。

问题出在输如阻抗大于IC里ADC允许的最大阻抗。充电时电流分两路，一路经过R1到R2到地，还有一路经过R1流入MCU的AD接口。（不知是不是IO口会有一定的漏电流到地，IL）此时相当于在R2旁边并了一个电阻到地，检测点的电压不是标准的1/2Vbat.

3 V& L$ v7 j8 V! m/ C二、改进方法
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下面介绍三个设计方案，方案一、二测试有效、方案三参考其他博客大牛，仅供参考。

) P. z7 Y- s9 F3 o8 e7 F$ M

1.加入电压跟随器

由上面调试可以确定是AD采集输入阻抗过大的问题，加入电压跟随器后的阻抗可以低至毫欧级，因此选用一个低功耗（待机600nA）的电压跟随器可以完美解决这个问题。此种方案成本较高，但稳定度和精确度高。
6 N* O% Q! j* i, [6 G6 q; h, \电路如下：

+ X3 h8 Z. ]; L% t; g7 n

2.休眠时控制参考地

分压电阻选用在阻抗以内的阻值，工作时采集电流高点可以忽略，休眠时通过单片机控制采集电路GND来减小功耗。单片机休眠时将PA4拉高，待机电流为（4.2-3.3）V/（50+50）mA=9uA。此种方案电路设计最为简单。
电路如下：
+ H+ W6 A0 U/ Q8 s3 M4 O% `* W( F

3.休眠时控制参考地
8 ^# R4 E' g0 A3 j, G' l

用MOS管控制电量采集开关，此种方法休眠时电流最小，几乎不计。休眠时PA4为低电平关断测量分压电阻不耗电，要测量前置高，在PA5测量电压。

8 N& U& G# m* ^% {6 i3 n+ ~电路如下：

/ E$ a- P) e: K5 @: r

总结
& O, @1 G9 O* K& j8 k' m
  r5 R. c" o6 V3 H
上面介绍三个设计方案，方案一、二测试有效、方案三参考其他博客大牛，还未验证，仅供参考。关于低功耗方面的硬件方案思路很多，各位小伙伴可以大胆构思，小心求证。
2 u0 a/ Z3 f2 S1 G( V' e' [
% |$ m, H- E7 A0 d1 I6 T. N2 X

事情应该是这样的，
4 W! \5 `# t9 V7 u7 J* H4 W( \检测电池电压，没有ADC的速度要求，1秒钟，1分钟，10分钟读一次没有分别。

# K5 n% a8 F' E# l6 W所以简单地，对地接一只0.1-1uF的电容在ADC的脚上，既可以解决ADC的输入阻抗低的问题，又可以防止各种干扰。
2只电阻+1只电容，搞定。

' y& |- m/ F) _3 |% O5 U
& T6 ]; L* {+ {! \% ?

很有用

第二个方法很实用啊！

还是没明白方法二中，PA4怎么接？
7 R9 m' U9 P5 L% m3 r3 L/ W7 Z7 [9 w
PA4与地相连？还是程序控制PA4高低电平？
  ~; L0 T' I+ L/ {/ `5 ]+ D6 l
" B( I9 h& Z) |, U9 m9 U. |如果程序控制PA4为高电平，这样ADC电压值不就超过Vref了吗？

ldptest 发表于 2021-2-1 16:58
还是没明白方法二中，PA4怎么接？
2 C1 M% P, M1 V' L7 J3 m- L
PA4与地相连？还是程序控制PA4高低电平？

楼主只是放了个地的符号，其实是直接接PA4的。

zts329547875 发表于 2021-3-4 09:03
, x: i4 S$ t6 E/ L  x6 Y$ @楼主只是放了个地的符号，其实是直接接PA4的。

$ Q2 |, L6 j( B' D% c* d4 w6 \这个后来琢磨明白了。

. O# ]' V+ M. M6 s! E如果测量电池的电压，4楼的更方便。