RA2 MCU ADC轉(zhuǎn)換時間測試方法

RA2 MCU是瑞薩在2019年下半年開始推廣的Cortex M23核的產(chǎn)品，48MHz主頻，各子系列都非常有特點，如入門級的RA2E1子系列帶Capacitive Sensing Unit，RA2L1子系列低功耗及帶CAN總線，RA2A1子系列增強模擬功能、帶16位ADC及24位Sigma-Delta ADC，RE2E2子系列主打小封裝?？蓮V泛的用于各種應(yīng)用上。以下是瑞薩RA MCU Portfolio：

之前有客戶在使用瑞薩RA2 MCU時，由于測試方法不對，導(dǎo)致測出來的ADC轉(zhuǎn)換時間比規(guī)格書中宣稱的0.67us要長許多，達到了2.1us左右。后來瑞薩AE用三種方法做了詳細的測試，用連續(xù)轉(zhuǎn)換模式得到了比較理想并且合理的結(jié)果，一次AD掃描轉(zhuǎn)換時間大概為0.67us，與規(guī)格書宣稱的值相近。現(xiàn)將測試方法及步驟分享如下。

一

理論說明

1.1

基于RA2L1硬件手冊中Figure 30.25和Figure 30.26，單次掃描模式下所選通道數(shù)為n的掃描轉(zhuǎn)換時間（tSCAN）可按如下方式確定：

tSCAN= tD+ tDIS×n + tDIAG+ tED+ tCONV×n

tSCAN：掃描轉(zhuǎn)換時間

tD：開始掃描延遲時間

tDIS：斷線檢測輔助處理時間

tDIAG和tDSD：自診斷A/D轉(zhuǎn)換處理時間

tCONV：A/D轉(zhuǎn)換處理時間

tED：結(jié)束掃描延遲時間

1.2

參考“41. Electrical Characteristics”中Table 41.35的Note 1，轉(zhuǎn)換時間是采樣時間和比較時間的總和。也就是說，這里的轉(zhuǎn)換時間指的僅僅是tCONV，而并非tSCAN。

1.3

從理論上，如何獲得掃描轉(zhuǎn)換時間的最小值

tD= 2 PCLKB + 4 ADCLK：All other, Synchronous trigger. But this does not include the time consumed in the path from timer output to trigger input.

tDIS=0:Setting in ADNDIS[3:0] (initial value = 0x00) ×ADCLK

tDIAG= 0:DIAGST[1:0] = 00 (Self-diagnosis not executed after power-on.)

tCONV= 0.67us: Operation at PCLKD = 48 MHz,High-precision channel, ADCSR.ADHSC = 0, ADSSTRn.SST[7:0] = 0x0A, ADACSR.ADSAC = 1

tED= 2 PCLKB + 3 ADCLK：PCLKB to ADCLK frequency ratio = 1:2

1.4

測試條件：

PCLKD (ADCLK) = 48MHz、PCLKB = 24MHz (PCLKB不能超過32MHz)、快速轉(zhuǎn)換模式、高速A/D轉(zhuǎn)換模式、AN000（高精度通道）、不使用自診斷

AD掃描轉(zhuǎn)換時間的理論值為：

tSCAN= tD+ tDIS×n + tDIAG+ tED+ tCONV×n

= (2 PCLKB + 4 ADCLK) + (0 cycles of ADCLK) ×1 + 0 + (2 PCLKB + 3 ADCLK) + tCONV×1 = 0.23 + 0.67 = 0.90 us

二

實測1

使用GPT+ELC+ADC+中斷方式

GPT：周期為50ms，允許GTIOC0A輸出

ELC：GPT的計數(shù)值發(fā)生Overflow時觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換

ADC：Single Scan模式，選擇Channel0，允許掃描完成時產(chǎn)生中斷，在中斷中翻轉(zhuǎn)端口（P301：H –>L）

實際測量結(jié)果：7.31us

這個時間包括中斷響應(yīng)時間和端口執(zhí)行時間

測試代碼：（略）

考慮到中斷響應(yīng)時間比較長，所以后面選擇使用DTC來翻轉(zhuǎn)端口

三

實測2

使用GPT+ELC+ADC+DTC方式

GPT：周期為50ms，允許GTIOC0A輸出

ELC：GPT的計數(shù)值發(fā)生Overflow時觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換

ADC：Single Scan模式，選擇Channel0，允許掃描完成時產(chǎn)生中斷

DTC：觸發(fā)源為每次ADC掃描結(jié)束，進行DTC傳送，即翻轉(zhuǎn)IO口（P301：H –>L）

實際測量結(jié)果：1.36us

這個時間包括DTC的響應(yīng)時間和端口執(zhí)行時間

測試端口執(zhí)行時間：大概為0.21us

測試代碼：（略）

四

實測3

使用GPT+ELC+ADC+DTC方式（500次）

GPT：周期為50ms，允許GTIOC0A輸出

ELC：GPT的計數(shù)值發(fā)生Overflow時觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換

ADC：Continuous Scan模式，選擇Channel0，允許掃描完成時產(chǎn)生中斷

DTC：觸發(fā)源為每次ADC掃描結(jié)束，進行一次DTC傳送，500次傳送后，進入中斷，翻轉(zhuǎn)IO口（P301：H –>L）

實際測量結(jié)果：337.31us

這個時間包括DTC的響應(yīng)時間、中斷相應(yīng)時間和端口執(zhí)行時間

折合到每次的話，大概0.67us

測試代碼：(略)

五

結(jié)論

1、手冊中的“0.67 μs/channel”僅僅是采樣時間和比較時間的總和，并非一個通道的掃描轉(zhuǎn)換時間。

2、在實測3的情況下，我們可以得到比較理想并且合理的結(jié)果，一次AD掃描轉(zhuǎn)換時間大概為0.67us。

3、使用FSP自動生成代碼的情況下，中斷響應(yīng)時間是比較長的，所以建議采用DTC傳送數(shù)據(jù)，或者客戶自己寫中斷響應(yīng)函數(shù)。測過GPT中斷響應(yīng)時間大概是3.58us