芯片引腳解讀之ADC引腳

為什么要講ADC，主要有2個(gè)原因：第一個(gè)原因是選擇困惑，經(jīng)?？吹叫』锇閷?duì)ADC有疑問，不知道該用MCU內(nèi)置的ADC，還是單獨(dú)的ADC。第二個(gè)原因是ADC是我們?cè)陂_發(fā)時(shí)用到最多的外設(shè)功能之一了，因?yàn)槭澜缡?a href="http://ttokpm.com/analog/" target="_blank">模擬的，越來越多的項(xiàng)目需要測(cè)量模擬信號(hào)，根據(jù)這些信號(hào)再去分析、計(jì)算等操作。所以如果選一個(gè)外設(shè)來講的話，那一定是ADC。

既然是芯片引腳解讀系列，就來看看MCU內(nèi)部集成ADC的情況，還是以ST的MCU為例，像STM32F412中集成的是1個(gè)16通道的12位，2.4MSPS ADC，也有一些是集成2個(gè)，3個(gè)ADC的，STM32H750上就集成了3個(gè)16位，3.6MSPS 速率的ADC，一般來說，集成的ADC的性能強(qiáng)弱和本身MCU性能有很大關(guān)系。

MCU內(nèi)置的ADC引腳大多是和GPIO口復(fù)用的，16通道就是要有16個(gè)模擬輸入信號(hào)引腳。除了輸入引腳之外，還有專門的ADC電源和地，也是我們之前講過的VDDA和VSSA，VDDA可以通過隔離器件接到VDD，也可以單獨(dú)使用基準(zhǔn)電源芯片供電，這個(gè)根據(jù)ADC轉(zhuǎn)換要求選擇，一般都是接到VDD。

在使用內(nèi)置ADC的時(shí)候，我們要注意datasheet中相關(guān)的內(nèi)容，比如下面這個(gè)表里的表示ADC動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，ENOB代表的是有效位數(shù)，SIAND信號(hào)與噪聲失真比。

下面，就從性能、設(shè)計(jì)難度、成本幾個(gè)維度給大家分析下片內(nèi)ADC和獨(dú)立ADC之間的區(qū)別。

先說性能，說實(shí)在的，內(nèi)置ADC的性能提升從一些方面來說，是被框死的。ADC是模擬外設(shè)，而MCU主要是數(shù)字半導(dǎo)體而且速度很重要，MCU使用的混合信號(hào)技術(shù)很難為了提高模擬功能而去犧牲數(shù)字速度。另外，ADC需要內(nèi)部參考電壓，去和模擬輸入信號(hào)的電壓電平做對(duì)比，這個(gè)參考電壓要么來自MCU電源VDD，要么從一個(gè)專用的引腳引入。

ADC輸出精度很大程度上取決于穩(wěn)定的參考電壓，因此需要在MCU內(nèi)部把這個(gè)參考電源和數(shù)字邏輯分開隔離，以最大限度地減少噪聲干擾。雖然外部專用參考電壓引腳可以提供更好的隔離，但仍然會(huì)受到通過MCU切換的高速數(shù)字信號(hào)的一些小干擾，這對(duì)測(cè)量小電壓時(shí)非常重要，很可能會(huì)因?yàn)閰⒖茧妷涸肼暎鴣G失信號(hào)。

是不是可以使用更高的參考電壓來最大限度地減少噪聲的影響，當(dāng)然可以，但要在測(cè)量低電壓時(shí)保持相同的精度，就勢(shì)必要提高分辨率，位數(shù)。這會(huì)增加芯片上 ADC 的面積，并增加 ADC在生產(chǎn)中的測(cè)試時(shí)間，MCU的成本無疑會(huì)增加很多。所以，內(nèi)置ADC的性能提升從很多方面是被限制的。

再來看看獨(dú)立的ADC性能有多強(qiáng)，模擬大廠ADI的高速的ADC最多的位數(shù)可以達(dá)到32位，采樣速率最快可以達(dá)到10GSPS。10Gsps對(duì)比MCU幾M的速率，大家想想，也就是飛機(jī)和蝸牛的速度吧。

當(dāng)然，性能高并不代表一定合適。所以還需要多考慮。將ADC和MCU集成就意味著省了一顆芯片的面積，占用電路板的空間更小。而從價(jià)格上來看，帶有集成 ADC 的 MCU 的價(jià)格肯定是低于 MCU 和獨(dú)立 ADC 的組合價(jià)格，性能高的ADC芯片價(jià)格可比MCU要美麗多了。

什么情況下，我們?nèi)ミx擇MCU內(nèi)置的ADC呢，主要看內(nèi)置ADC的精度、輸入通道數(shù)和速度等參數(shù)是否滿足我們的設(shè)計(jì)要求。如果滿足設(shè)計(jì)要求，比如簡(jiǎn)單的低分辨率的，就可以直接使用內(nèi)置ADC，這樣既降低了硬件成本，又降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

那不滿足的時(shí)候，比如一些精密的應(yīng)用場(chǎng)合，我們就要去選擇獨(dú)立的ADC芯片，選擇的標(biāo)準(zhǔn)基本和內(nèi)置ADC的選擇標(biāo)準(zhǔn)一樣，只不過外加獨(dú)立ADC的時(shí)候，還需要考慮與單片機(jī)的數(shù)字接口，常用的有IIC、SPI、并口等接口。

現(xiàn)在MCU的性能提升，各種外設(shè)的性能也是水漲船高，很多應(yīng)用，集成的ADC也都能夠勝任了。

關(guān)于ADC引腳就講這些了，下期繼續(xù)講其他引腳~