數(shù)字電源之我見（2）ADC的內(nèi)核/時(shí)鐘/分辨率概述

時(shí)間：2022-09-20 11:19:37

關(guān)鍵字：數(shù)字電源 ADC

手機(jī)看文章

掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章

[導(dǎo)讀]根據(jù)前述文章，數(shù)字電源之我見（1）典型控制系統(tǒng)框圖中的介紹，控制一個(gè)數(shù)字電源，首要的一步就是要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這部分工作由芯片內(nèi)的ADC來(lái)完成，本文就ADC的典型結(jié)構(gòu)及時(shí)鐘分配，和分辨率特點(diǎn)，基本工作原理等特性做一個(gè)概括性的介紹。

根據(jù)前述文章，數(shù)字電源之我見（1）典型控制系統(tǒng)框圖中的介紹，控制一個(gè)數(shù)字電源，首要的一步就是要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這部分工作由芯片內(nèi)的ADC來(lái)完成，本文就ADC的典型結(jié)構(gòu)及時(shí)鐘分配，和分辨率特點(diǎn)，基本工作原理等特性做一個(gè)概括性的介紹。

一.ADC的典型結(jié)構(gòu)

對(duì)于dsPIC33C系列產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，ADC的基本框圖結(jié)構(gòu)如圖1所示，

圖1 12bit的多核SAR ADC的基本結(jié)構(gòu)

從圖1中的基本結(jié)構(gòu)可知，其內(nèi)部包含多個(gè)ADC的CORE,其中編號(hào)最大的一個(gè)CORE是共享ADC CORE,其它為獨(dú)立ADC CORE.

ADC的CORE可以根據(jù)所連接的通道的信息，如輸出格式，測(cè)量模式等對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的結(jié)果會(huì)放在每一個(gè)模擬通道專用的結(jié)果buffer寄存器中。當(dāng)對(duì)數(shù)字濾波和數(shù)字比較器進(jìn)行了配置，允許使用相應(yīng)通道的結(jié)果時(shí)，這個(gè)結(jié)果可以傳遞給數(shù)字濾波器和數(shù)字比較器來(lái)做相應(yīng)的動(dòng)作。

二.ADC的采樣轉(zhuǎn)換基本過(guò)程

簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，ADC轉(zhuǎn)換過(guò)程主要包含三個(gè)步驟，首先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣捕捉，當(dāng)捕捉到這個(gè)信號(hào)后，就會(huì)進(jìn)行保持（holding），將結(jié)果傳遞到ADC的轉(zhuǎn)換器中，最后，就是轉(zhuǎn)換過(guò)程，將模擬信號(hào)基于通道設(shè)置的數(shù)據(jù)格式信息，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。

從本質(zhì)上講，數(shù)據(jù)的采樣過(guò)程，就是使用輸入信號(hào)對(duì)芯片內(nèi)部的ADC的采樣保持電容進(jìn)行充電，所以，采樣時(shí)間要足夠，才能讓采樣充電后的電容電壓值等于輸入信號(hào)。采樣之后，在一個(gè)合適的時(shí)間，輸入信號(hào)就會(huì)和采樣電容斷開，將電壓傳到轉(zhuǎn)換器中，這就是所謂的保持，之后就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，并提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果。這部分我們后面會(huì)根據(jù)不同的CORE特性進(jìn)行詳細(xì)探討。

因?yàn)樯婕澳M信號(hào)的數(shù)字化，所以ADC需要一個(gè)工作的時(shí)鐘源，及一個(gè)量化模擬信號(hào)的參考電源，這兩個(gè)參數(shù)都是可以選擇的，包括時(shí)鐘源的分頻等。

三．ADC的時(shí)鐘配置

圖2 ADC的時(shí)鐘分配

ADC具有多個(gè)可以選擇的時(shí)鐘源，時(shí)鐘源可以在ADCON3H中的CLKSEL中設(shè)置，時(shí)鐘源的周期就是TSRC，如圖3所示。

圖3 ADC可選擇的時(shí)鐘源

選擇的時(shí)鐘源可以進(jìn)行分頻，可以在CLKDIV中設(shè)置，這是時(shí)鐘源進(jìn)入ADC模塊后的分頻,它在ADCON3H中，如圖4所示。

圖4 ADC模塊的時(shí)鐘分頻選擇

模塊分頻后的時(shí)鐘就是TCORESRC，它會(huì)進(jìn)入每一個(gè)ADC CORE中。之后每一個(gè)ADC CORE可以設(shè)置不同的分頻來(lái)給每一個(gè)ADC CORE設(shè)置不同的時(shí)鐘，這部分分頻在各個(gè)ADC CORE的寄存器中，如獨(dú)立CORE在ADCONnH中的ADCS位，或者共享CORE的ADCON2L的SHRADCS中設(shè)置。在每一個(gè)CORE中分頻后的時(shí)鐘稱為TADCORE，如圖5，6所示。

圖5 共享內(nèi)核的時(shí)鐘分頻

圖6 專用內(nèi)核的時(shí)鐘分頻

總的說(shuō)來(lái)，就是選擇一個(gè)初始時(shí)鐘源，進(jìn)行一個(gè)模塊內(nèi)的分頻，一個(gè)CORE內(nèi)的分頻，最終得到ADC CORE的采樣轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。

最終經(jīng)過(guò)分頻后的CORE的時(shí)鐘需要不能超過(guò)70MHz，那么也就是TADCORE大于14.3nS，這一個(gè)基本要求需要滿足。

四．ADC的轉(zhuǎn)換分辨率

每一個(gè)SAR ADC的內(nèi)核的分辨率或者結(jié)果位數(shù)是可以靈活設(shè)置的，分別在相應(yīng)的寄存器中設(shè)置，如獨(dú)立CORE在ADCOREnH中的RES來(lái)設(shè)置，共享內(nèi)核在ADCON1H中的SHARES來(lái)設(shè)置，每一個(gè)內(nèi)核可以設(shè)定不同的ADC轉(zhuǎn)換分辨率。