ADC的低功耗和阻抗問題

在做一款消費(fèi)電子產(chǎn)品時(shí)，需要采集電池電壓（3.3V-4.2V），同時(shí)在休眠的時(shí)候希望盡量減小待機(jī)電流。電池電壓采集電路采用兩個(gè)300K電阻進(jìn)行分壓，由該電路引起的待機(jī)電路為4.2V/(300+300)K=7uA.此時(shí)比較合理（整機(jī)的待機(jī)電流要求30uA以內(nèi)）。初始設(shè)計(jì)電路如下:

在編程采集數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)試電壓與實(shí)際電壓有偏差，測(cè)試值總比實(shí)際值偏小一點(diǎn)。在軟件上做補(bǔ)償，把值修正了。但是換一個(gè)板子測(cè)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)測(cè)試的電壓又不準(zhǔn)了，此時(shí)知道通過軟件補(bǔ)償這種方法行不通。那么只能從硬件找原因。查找datasheet發(fā)現(xiàn)AD的輸入阻抗最大只有50KΩ。

圖中，Rain：外部輸入阻抗，STM32芯片中這個(gè)值最大為50KΩ；Radc：采樣開關(guān)電阻，最大值為1KΩ；Cadc：內(nèi)部采樣和保持電容，最大值為8pF。在ADC數(shù)據(jù)采集的時(shí)候需要有電流流入，那么Rain會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓降。阻容網(wǎng)絡(luò)中的Radc和Cadc上，對(duì)電容的充電由Radc控制。隨著源電阻(Radc)的增加，對(duì)保持電容的充電時(shí)間也相應(yīng)增加。對(duì)Cadc的充電由Rain+Radc控制，因此充電時(shí)間常數(shù)為tc=(Radc+Rain)×Cadc。如果時(shí)間過短，ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)值會(huì)小于實(shí)際值。通過以上數(shù)據(jù)知道，采集精度跟采集時(shí)間和輸入阻抗有關(guān)。但是通過計(jì)算得知，如果輸入阻抗為300KΩ，那么充電時(shí)間約為2.4us。在軟件上把采樣周期調(diào)到最大(ADC_SampleTime_239_5Cycles，頻率為12M，時(shí)間19.9us)，還是存在誤差，說明此時(shí)跟周期不是主要原因。問題出在輸入阻抗大于ADC允許的最大阻抗。充電時(shí)電流分兩路，一路經(jīng)過R1到R2到地，還有一路經(jīng)過R1流入MCU的AD接口，此時(shí)相當(dāng)于在R2旁邊并了一個(gè)電阻到地，檢測(cè)點(diǎn)的電壓不是標(biāo)準(zhǔn)的1/2VBAT+。那么為了更準(zhǔn)確地檢測(cè)電池電壓，那么只好把電阻改小。如果選兩個(gè)50K的電阻，那么此處帶來的電流會(huì)后42uA.所以在電路上做了個(gè)調(diào)整：
原來接地的地方改接到一個(gè)IO口，在需要檢測(cè)的時(shí)候輸出低電平，不需要的時(shí)候輸出高電平。然后分壓電阻使用兩個(gè)30K的問題得到解決，電壓檢測(cè)誤差小于0.02V，待機(jī)電流比原來的還小了幾個(gè)微安。