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STM32 ADC内部原理

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STMCU-管管 发布时间:2020-10-13 15:05
STM32 ADC内部原理
01
前言
# x% R- G$ _' K- u3 H; ]

& v2 P, @% P9 p4 z0 t用了这么久ADC,从没细看过ADC的内部原理和如何获得最佳精度,今天看到一篇ST的官方文档讲的不错,这里整理分享给大家。
- t& M: j; i9 r) j! w4 o5 A( i
02
SAR ADC内部结构

2 M9 `, L- i0 L  L6 V& s
: z8 m* M6 D& b/ m3 l5 Q
STM32微控制器中内置的ADC使用SAR(逐次逼近)原则,分多步执行转换。转换步骤数等 于ADC转换器中的位数。每个步骤均由ADC时钟驱动。每个ADC时钟从结果到输出产生一 位。ADC的内部设计基于切换电容技术。+ f: H, J: S  v2 ]& s" Y- c
3 ?  S. O7 m" [( I+ r0 c% {
) Y; B  l& W- S, Q/ i
下面的图介绍了ADC的工作原理。下面的示例仅显示了逼近的前面几步,但 是该过程会持续到LSB为止, Y4 B* h6 F4 Y. e$ p0 i

' h/ c6 o* \, }, H# \
, ~. i5 e# A0 |9 O  H% a* u1 \
>>SAR切换电容ADC的基本原理(10位ADC示例)" V  Y: X4 }$ A: |  p
带数字输出的ADC基本原理图6 y" f6 v+ S7 O: F0 J# m
11.png
6 j: D8 X  A6 r9 D2 Y
. r7 o6 S9 C- k; r  m  L1 x0 b
>>采样状态# G+ s: e1 ]* x8 g* S$ T; ]: q
采样状态:电容充电至电压VIN。Sa切换至VIN,采样期间Sb开关闭合
3 a  b, k+ r; F4 I2 {1 w
12.png 7 W$ _: u3 Y; y, F

2 B) v3 ^8 G6 C' X( _7 A>>保持状态3 u, F7 B- n+ Y! l# H) w
保持状态:输入断开,电容保持输入电压。Sb开关打开,然后S1-S11切换至接地且Sa切换至VREF。' w2 t. x6 g5 {* m) L$ B0 _
13.png
2 T9 w% O+ G% b1 E4 z6 C! o$ [
9 l; m" M0 r3 T, f, B( M& W$ \
>>逐次逼近
& I2 {4 @  u/ G6 G8 q, [( u, {# J1、第一个逼近步骤。S1切换至VREF。VIN与VREF/2比较* Z" f2 ^8 y; C1 y' @7 l2 p
14.png
* f4 o2 t! A9 z, _) d
: R0 o( {$ f$ J/ h) ]
2、如果MSB = 0,则与¼VREF进行比较,S1切换回接地。S2切换至VREF。
! q- `! E: j# q/ J" P! o- C3 b
15.png
7 _) u: ^; `) u9 m) Z

, D- N5 N0 x, o4 G% E3、如果MSB = 1,则与¾VREF进行比较,S1保持接地。S2切换至VREF。
0 X( P& t1 F# W
16.png $ K! B, r' d" L

9 |( s$ r6 h8 w& e. s" I# o: [重复如上步骤,直到LSB为止。可以简单理解为二分法逐次进行输入电压与参考电压的比较。首次于VREF/2比较,下次比较根据上次比较结果决定,如果MSB=1则与¾VREF比较。如果MSB=0则与¼VREF比较。后面决定与1/8VREF 3/8VREF、 5/8VREF、 7/8VREF之一做比较。循环直到输出LSB为止。" ?" V0 z  j: _8 c3 d
* f: u- w8 f4 V3 t
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