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。

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# O* j* j* L0 l/ ~* o0 r8 ?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。

( G) F# m# i* ^/ m

　　

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.

% _* c6 z( B' y$ I. Y. q7 }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。

1 q# U6 e9 g4 B$ O/ ^

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。
电路如下：

* I- V) ~7 q! B6 j7 ?5 R
& v3 H( u: X' o! O$ P

2.休眠时控制参考地
( S& _& E2 _6 x7 R4 P

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：
2 f  O( j! T5 v0 Y$ f

, F8 r) @  ~; [# F/ w7 S% _

3.休眠时控制参考地

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。

电路如下：

8 y) F+ A- N/ d. f, [5 A

总结
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* W* U( G7 l/ Z
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。
8 m" [: s6 W6 G) p' H
  G/ e' D; j. V. R' ^

事情应该是这样的，
  ^1 {" |( w$ a% j- ~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。
9 e) N3 }; F# s, \9 K# }0 y
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。
7 E  J% A  s( G7 t( C2只电阻+1只电容，搞定。


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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？
4 @8 S. J0 I+ I$ X
. H3 \9 }) u( \3 h$ uPA4与地相连？还是程序控制PA4高低电平？

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
5 H9 B+ e8 o1 y. X% _8 Z& B还是没明白方法二中，PA4怎么接？
& I( y# Y* U+ G. q# }
, s$ W- I3 g: J+ s  ?" d" OPA4与地相连？还是程序控制PA4高低电平？

) Y+ G- P( ~. W3 \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
楼主只是放了个地的符号，其实是直接接PA4的。

8 G- |- ^& A& H" c+ O8 k4 N- x这个后来琢磨明白了。
* h0 M5 u4 C) `: J7 b
0 n; y1 X, v! z/ c7 x& @/ r如果测量电池的电压，4楼的更方便。