《電子技術應用》
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FPGA教學——ADC內部原理

2022-11-01
來源:電子技術應用專欄作家 FPGA開源工作室
關鍵詞: ADC STM32微控制器 FPGA

  01

  前言

  用了這么久ADC,從沒細看過ADC的內部原理和如何獲得最佳精度,今天看到一篇ST的官方文檔講的不錯,這里整理分享給大家。

  02

  SAR ADC內部結構

  STM32微控制器中內置的ADC使用SAR(逐次逼近)原則,分多步執行轉換。轉換步驟數等 于ADC轉換器中的位數。每個步驟均由ADC時鐘驅動。每個ADC時鐘從結果到輸出產生一 位。ADC的內部設計基于切換電容技術。

  下面的圖介紹了ADC的工作原理。下面的示例僅顯示了逼近的前面幾步,但 是該過程會持續到LSB為止

  SAR切換電容ADC的基本原理(10位ADC示例)

  帶數字輸出的ADC基本原理圖

  微信截圖_20221101175715.png

  采樣狀態

  采樣狀態:電容充電至電壓VIN。Sa切換至VIN,采樣期間Sb開關閉合

  微信截圖_20221101175744.png

  保持狀態

  保持狀態:輸入斷開,電容保持輸入電壓。Sb開關打開,然后S1-S11切換至接地且Sa切換至VREF。

  微信截圖_20221101175803.png

  逐次逼近

  1、第一個逼近步驟。S1切換至VREF。VIN與VREF/2比較

微信截圖_20221101175821.png

  2、如果MSB = 0,則與?VREF進行比較,S1切換回接地。S2切換至VREF。

  微信截圖_20221101175834.png

  3、如果MSB = 1,則與?VREF進行比較,S1保持接地。S2切換至VREF。

  微信截圖_20221101175844.png

  重復如上步驟,直到LSB為止??梢院唵卫斫鉃槎址ㄖ鸫芜M行輸入電壓與參考電壓的比較。首次于VREF/2比較,下次比較根據上次比較結果決定,如果MSB=1則與?VREF比較。如果MSB=0則與?VREF比較。后面決定與1/8VREF 3/8VREF、 5/8VREF、 7/8VREF之一做比較。循環直到輸出LSB為止。


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