ADC是什么信号

ADC是什么?

ADC将模拟信号转变为数字信号的电子元件，通常是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。

模拟信号：某一个区间内连续的物理信号，比如电压会每时每刻都存在且不停的变化;

数字信号：某一个区间内有限个数的抽象数值记录，比如每隔1秒钟一个电压数值;

采样率和分辨率

采样：在模拟信号上间隔某个固定的时间采集瞬时值，得到一系列的离散值。采样越密集，得到的离散数据集越贴近实际信号。采样率表示采样的频率;

分辨率：输入电压对应分辨率的位数，分辨率=测量电压范围/(2^resolution-1)。 比如逐次逼近型的ADC，8位分辨率下，能够将刻度逐次等分8次，每次将精确度提高一倍。假设最大输入电压为3.3V，那么能够分辨的最小电压变化为3.3V/255= 12.94mV.

采样方式

单通道：单个端口采集对GND的电压，受到输入电压的干扰，如果输入电压波动很剧烈，误差会很大(蜂鸟Pro等);

差分方式：使用两个端口采集，可以一定程度上排除干扰(需要电路上做支持);

采样原理

ADC有多种不同的设计原理和构造方式，一般嵌入式芯片集成的都是逐次逼近型ADC。

逐次逼近：类似于软件上的二分，通过N个并联的比较电路逐次比较大小，来确定输入电压的范围，每次将数值范围在当前分辨率内减小二分之一，比较电路的数量决定了分辨率(2^N-1)。

基础电路知识

分压:

通过串联电阻进行分压,串联的电阻分得的电压和阻值成正比。

通过串联电容进行分压，串联的电容分得的电压和容值成反比;

不论是电阻还是电容，接通的时候都会导致整个电路电流增大，从而出现压降;

选择合适的参数

判断是否存在差分电路，如没有则是单端采集模式;

判断ADC采集端口的输入范围，比如3.3V;

基于参考电压的增益：比如DA14585内部基准是1.2V，则需要至少3倍增益才能达到3.3V以上的量程;

理解电路逻辑：产品A

v_BAT=(1M+220K)/220K*v_AD;

理解电路逻辑：产品B

v_BAT=vref_adc_value∗3000/4095;

v_BAT =v_BAT*2;

理解电路逻辑：产品C

R_NTC=adc_ntc∗R_REF/(2∗adc_30k-adc_ntc);

结合实际需求：产品D

超低功耗，长时间持续运行

电压一定的时间内变化较小，每隔5分钟测量一次，并取6次的均值;

结合实际需求：产品C

高精度

采集：每隔100ms执行一次测量，每次测量重复64次;

过滤：数据排序后，抛掉前后各30个，取4个中位数的均值，得到这次采集的结果;

去抖动：每秒钟会得到10个处理过后的数值，经过平均后显示到屏幕上(相当于每秒钟执行了6400*2次才得到一个数值);

进一步提高精度的思考

修改电路，同步修改算法，将单端采集改为差分的模式，NTC一路，30K一路。由于差分是直接计算P、N端口的压差的，会直接消除电压波动带来的误差;

低电量阈值设定方法 (硬件同学贡献)

列出电路中各个元器件的最低工作电压，和最大工作电流。保证最大工作电流的情况下，电池电压不能低于元器件的最低工作电压

电子表：以2.3V作为设备的最低截至电压，5mA作为电池放电电流。

eink屏幕-2.3V <1mA

蓝牙-2.0V 5mA

FLASH-1.8V 5mA

MCU ADC测量 1mA

…

将放电曲线根据放电时间，分成10等份，每一份代表10%的电量

将一颗新电池依次放电到100%、90%、80%.... 10%， 使用MCU的ADC测量不同阶段时的电压，作为不同电量阶段的电压阈值

附：逐次逼近型ADC内部工作原理