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由于SAR ADC 采樣（單片機(jī)內(nèi)部ADC一般是該形式）對(duì)于信號(hào)的輸入電阻是有明確要求的，對(duì)于一個(gè)具體的ADC，其采樣電阻 RADC 與采樣電容 CADC 已經(jīng)不可更改（在器件內(nèi)部），當(dāng) ADC 的采樣時(shí)鐘，采樣周期等可配置參數(shù)配置完畢時(shí)，則外部信號(hào)的輸入阻抗則是有一個(gè)最大值的要求， 即公式  下圖為為 GD32 一款 MCU 在開啟 ADC 采樣時(shí)，在輸入電容 CIN上采到的電壓信號(hào)波形。可以看出，在采樣開關(guān) SW 閉合后，電壓會(huì)顯著掉下來，但是只要采樣時(shí)間和信號(hào)輸入阻抗?jié)M足我們手冊要求，那么在采樣時(shí)間得到滿足后電壓就可以恢復(fù)到與實(shí)際信號(hào)電壓相差 0.5LSB以內(nèi)。  接下來我們再考慮一種極端情況，當(dāng)信號(hào)源的輸入電阻要求已經(jīng)明顯不滿足手冊要求了，我們可以采用什么方法？ 在實(shí)際使用中，會(huì)經(jīng)常有采樣鋰電池電壓的需求。由于鋰電池的電壓往往會(huì)高于 MCU ADC 的采樣電壓（ADC 的采樣范圍為 VSSA 到VREF+），因此用戶會(huì)經(jīng)常采用兩個(gè)電阻分壓，然后將分壓結(jié)果送進(jìn) ADC 通道進(jìn)行采樣。對(duì)于鋰電池供電應(yīng)用，客戶對(duì)于功耗往往有嚴(yán)苛要求，因此，如下圖所示的鋰電池電壓采樣電路的這兩個(gè)分壓電阻往往會(huì)被設(shè)置的很大，以減小無謂功耗（流過分壓電阻的電流）。  上圖中，假設(shè)鋰電池電壓為 24V， R2 = 1M 歐姆， R1 = 9M 歐姆，則進(jìn)入 ADC 通道的電壓為2.4V，在 ADC 的采樣范圍之內(nèi)，無謂功耗取電池電壓除以 R1 與 R2 的和，此時(shí)浪費(fèi)的額外無謂功耗僅為 2.4uA，看起來很美好，但我們來計(jì)算一下這個(gè)分壓電路的輸出阻抗，該電路的輸出阻抗為 R1 與 R2 電阻的并聯(lián)，結(jié)果為 0.9M 歐姆。參考下 GD32F150x 芯片手冊關(guān)于 RAIN與采樣周期的表格，如下：  顯然在 ADC 采樣時(shí)鐘為 14MHz 的情形下， 當(dāng)采樣周期設(shè)到最大239.5 個(gè)周期時(shí)，允許的最大輸入阻抗為 219.9k 歐姆。0.9M 歐姆遠(yuǎn)大于219.9k，因此，由于采樣時(shí)間無法配置為更大，此時(shí) MCU 的 ADC 采樣已無法做到精確采樣了。
對(duì)于 SAR ADC 在采樣時(shí)間內(nèi)，采樣電容上的電壓必須被充分充放電，其被充電的電壓值與外部輸入電壓之間的差值不應(yīng)超過 0.5LSB，否則無論后級(jí) ADC 性能如何卓越，都無法真實(shí)反映信號(hào)的幅值。特別的，當(dāng) ADC 工作在連續(xù)采樣或者掃描采樣時(shí)，如果由于輸入阻抗過大，且未被及時(shí)修正時(shí)，輸入阻抗過大通道的采樣結(jié)果會(huì)受前一個(gè)采樣通道信號(hào)的影響，通過增大采樣時(shí)間以滿足輸入阻抗的影響會(huì)顯著改善這個(gè)現(xiàn)象。 |
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