[導(dǎo)讀] 本文來解析一個盆友在使用STM32采集電池電壓踩過的坑。以STM32F4 的ADC屬于逐次逼近SAR 型ADC為例進行分析，參考STM32F405xx Datasheet，對于如何編寫ADC程序就不做描述了。
先描述一下坑
采集電池電壓，利用兩個電阻將電池電壓分壓，然后送入單片機，當(dāng)電阻如上分別取4M歐/1M歐時，ADC采集到的ADC值與萬用表測得的ADC輸入端相差很大，取30K歐以及10k歐時，則相差變小。
盆友咨詢我這是為什么？我給出了建議，先賣個關(guān)子，先來看看應(yīng)用最為廣泛的STM32單片機的一些特性。
STM32 ADC：
STM32 12位ADC是逐次逼近型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它有多達(dá)19個多路復(fù)用通道，允許它測量來自16個外部源、2個內(nèi)部源和VBAT通道的信號。通道的A/D轉(zhuǎn)換可以在單次、連續(xù)、掃描或間斷模式下進行。ADC的結(jié)果存儲在左對齊或右對齊的16位數(shù)據(jù)寄存器中。模擬看門狗功能允許應(yīng)用程序檢測輸入電壓是否超過用戶定義的、更高或更低的閾值。
主要功能，具體操作，怎么編程這些細(xì)節(jié)，有大量的資料就不羅嗦了，主要來看看電氣特性。
電氣特性
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ADC 可支持采樣頻率 受供電電壓影響，供電電壓高，可支持采樣頻率范圍更高 -
可支持輸入電壓 范圍須在參考電壓范圍內(nèi) -
外部輸入阻阻抗 最大為 -
開關(guān)切換阻抗 最大為 -
內(nèi)部采樣保持電容 為4pF
上面的公式用于確定誤差小于1/4 LSB時允許的最大外阻抗。N = 12(12位分辨率)，k是在ADC_SMPR1寄存器中定義的采樣周期數(shù)。
ADC精度vs.負(fù)注入電流:應(yīng)該避免在任何模擬輸入引腳上注入負(fù)電流，因為這會顯著降低在另一個模擬輸入上執(zhí)行轉(zhuǎn)換的精度。建議在模擬引腳上增加一個肖特基二極管(引腳接地)，這可能會注入負(fù)電流。
Page 136 圖例（上圖中標(biāo)識解釋）：
見表68 實際轉(zhuǎn)移曲線的示例。 理想轉(zhuǎn)移曲線 終點相關(guān)線 ET =未調(diào)整總誤差：實際和理想傳遞曲線之間的最大偏差。EO =偏移誤差：第一個實際過渡與第一個理想過渡之間的偏差。EG =增益誤差：最后一個理想過渡與最后一個實際過渡之間的偏差。ED =微分線性誤差：實際步長與理想步長之間的最大偏差。EL =積分線性誤差：任何實際過渡和終點相關(guān)線之間的最大偏差。
寄生電容表示PCB的電容（取決于焊接和PCB布局質(zhì)量）加上焊盤電容（大約5 pF）。寄生電容值高會降低轉(zhuǎn)換精度。為了解決這個問題，應(yīng)該減少fADC。
回到坑里
將盆友的電路等效繪制一下，忽略ADC采樣通道內(nèi)部ESD保護二極管，以及等效電流源，如下圖：
好了，這圖一畫出來，問題的原因就顯而易見了，SAR ADC是將采樣電容上的電壓通過逐次逼近原理轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的，按上述圖，由于R2為兆級電阻，那么等效加載在采樣電容上的電壓就不能簡單的看成是R1/R2的分壓了，此時ADC的輸入阻抗在百50K歐級別，簡化定性看一下，忽略分布電容影響，計算方便將輸入阻抗看成50K直流電阻（實際深入動態(tài)分析的話則不可忽略,假定電池電壓為5V），具體計算就不做了。
為什么電阻選這么大呢？我想估計是為了將電池電壓監(jiān)控取樣回路的電流降低，以節(jié)省電量。
跳出坑里
怎么辦呢？我覺得這樣應(yīng)該可以：
找一個低功耗的運放做一個阻抗變換就可以兼顧兩者需求，當(dāng)然如果更完善一點，還可以考慮串入一個RC低通濾波環(huán)節(jié)，可以有效降低噪聲。
總結(jié)一下
對于單片機ADC的使用，個人總結(jié)了這幾點：
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將輸入短路，可測量熱噪聲。實際應(yīng)用時，將輸入端短路，采集一定數(shù)量的樣本，由于熱噪聲符合高斯分布，可計算出其期望、方差，接入真實信號可以利用統(tǒng)計規(guī)律進行相應(yīng)的噪聲濾波處理。
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量化噪聲，可以通過輸入一定幅度及頻率的正弦波，進行度量系統(tǒng)的量化噪聲。
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設(shè)計ADC采樣電路時，需要注意閱讀芯片手冊的電氣特性參數(shù)，這個對于設(shè)計一個穩(wěn)定的模數(shù)采集系統(tǒng)至關(guān)重要。
至此，我想要寫的關(guān)于ADC的筆記文章就暫時總結(jié)分享到此了，如果覺得本文有價值，在看轉(zhuǎn)發(fā)起來，也算對我的肯定支持。
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