01

前言

上篇文章中介紹了ADC自身轉換產生的誤差，本篇文章來介紹下外部原因導致的ADC誤差。

02

?ADC環境導致的誤差

參考電壓噪聲

由于ADC輸出為模擬信號電壓與參考電壓之比，因此模擬參考上的任何噪聲都會導致轉換后 數字值的變化。在某些封裝中，VDDA模擬電源被用作參考電壓(VREF+)，因此VDDA電源的質量會影響ADC誤差。

例如，當模擬參考為3.3 V(VREF+ = VDDA)且信號輸入為1 V時，轉換后的結果為：?

(1/3.3)× 4095 = 0x4D9?

但是，當模擬參考中的峰間波動為40 mV時，轉換值變為：(1/3.34)× 4095 = 0x4CA(VREF+在其峰值處)。?

?誤差 = 0x4D9 – 0x4CA = 15 LSB?

SMPS(開關模式電源)通常內置快速切換功率晶體管。這會在輸出中產生高頻噪聲。此切換噪聲介于15 kHz至1 MHz之間。

參考電壓/電源調節

電源調節對于ADC精度十分重要，因為轉換結果是模擬輸入電壓與VREF+值之比。當連接到VDDA或VREF+時，如果這些輸入上的負載及其輸出阻抗導致電源輸出下降，將在轉換結果中產生誤差。

其中N是ADC分辨率(在本例中，N = 12)。如果參考電壓變化，數字結果也將發生變化。

例如：?如果所用電源的參考電壓為3.3 V且VAIN = 1 V，則數字輸出為：

如果電源提供的電壓等于3.292 V(在其輸出連接到VREF+后)，則：

壓降產生的誤差為：0x4DC – 0x4D9 = 3 LSB。

外部參考電壓參數

當使用外部參考電壓源(VREF+引腳上)時，該外部參考源有一些重要參數。必須考慮三個 參考電壓規格：溫度漂移、電壓噪聲和長期穩定性。

模擬輸入信號噪聲

在采樣時間內，小而高頻率的信號變化可導致較大轉換誤差。此噪聲由電氣設備(例如電 機、發動機點火、電源線)生成。它增加了不需要的信號，因此會影響源信號(例如傳感 器)。這樣一來，導致ADC轉換結果不準確。

最大輸入信號幅度的ADC動態范圍匹配不佳

為獲得最高ADC轉換精度，ADC動態范圍必須與待轉換信號的最大幅度相匹配。我們假設待轉換信號在0 V與2.5 V之間變化，并且VREF+等于3.3 V。ADC轉換的最大信號值為3102 (2.5 V)，如下圖所示。在本例中，有993個未使用轉換(4095 – 3102 = 993)。這意味著轉換后信號精度下降。

模擬信號源電阻的影響

在源和引腳之間的模擬信號源的阻抗或串聯電阻(RAIN)，可能會因為流入引腳的電流而導致其上的電壓降。通過電阻為RADC的開關控制內部采樣電容(CADC)的充電。添加了源電阻(RADC)后，保持電容充滿電所需的時間延長。下圖所示為模擬信號源電阻的影響

CADC的有效充電受RADC+RAIN控制，因此，充電時間常量為tc =(RADC+RAIN)× CADC。如果采樣時間短于通過RADC + RAIN將CADC充滿電所需的時間(ts < tc)，則ADC轉換的數字值小于實際值。

PCB源電容和寄生電容的影響

在轉換模擬信號時，必須考慮源電容和模擬輸入引腳上的寄生電容。源電阻和電容構成RC網絡。此外，ADC轉換結果可能不準確，除非將外部電容(CAIN + Cp)完全充滿至輸入電壓值。(CAIN + Cp)值越大，源頻率越有限。外部源電容和寄生電容分別用CAIN和Cp表示。

注入電流的影響

任何模擬引腳(或緊鄰的數字輸入引腳)上的負注入電流都可能在ADC輸入中產生泄漏電流。最壞情況是相鄰模擬通道。當VAIN < VSS時，產生負注入電流，導致電流從I/O引腳流出。

溫度影響

溫度對ADC精度有重要影響。它主要產生兩種重要誤差：偏移誤差漂移和增益誤差漂移。這些誤差可以在微控制器固件中得到補償。

I/O引腳串擾

由于I/O之間的電容耦合，切換I/O可能會在ADC的模擬輸入中產生一些噪聲。彼此距離很近或交叉的PCB走線可能會產生串擾。?

內部切換數字信號和I/O會產生高頻噪聲。由于電流浪涌，切換高灌電流I/O可能導致電源 電壓小幅下降。PCB上與模擬輸入走線交叉的數字走線可能影響模擬信號。

EMI產生的噪聲

鄰近電路產生的電磁輻射可能在模擬信號中產生高頻噪聲，此時PCB走線相當于天線。

/ The End /

文檔來源：how-to-get-the-best-adc-accuracy-in-stm32-microcontrollers-stmicroelectronics.pdf

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總結

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