STM32的ADC的采樣時(shí)間及模擬信號(hào)的最大帶寬

請(qǐng)看STM32技術(shù)參考手冊(cè)的16.2節(jié)，和STM32F103xx數(shù)據(jù)手冊(cè)的5.3.17節(jié)表44?？梢栽赟T的中文網(wǎng)站下載到上述2個(gè)手冊(cè)： [url=http://www.stmicroelectronics.com.cn/stonline/mcu/MCU_Pages.htm]http://www.stmicroelectronics.com.cn/stonline/mcu/MCU_Pages.htm[/url]

前面所說(shuō)“STM32的ADC的采樣及轉(zhuǎn)換時(shí)間最小為1us”，實(shí)際上STM32的ADC采樣及轉(zhuǎn)換時(shí)間可以通過(guò)程序編程進(jìn)行調(diào)整，共有8種選擇，按 ADC模塊的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘算分別為：

1.5 ADC時(shí)鐘周期

7.5 ADC時(shí)鐘周期

13.5 ADC時(shí)鐘周期

28.5 ADC時(shí)鐘周期

41.5 ADC時(shí)鐘周期

55.5 ADC時(shí)鐘周期

71.5 ADC時(shí)鐘周期

239.5 ADC時(shí)鐘周期

采樣及轉(zhuǎn)換時(shí)間最小的1us是在CPU時(shí)鐘為56MHz(STM32F101xx為28MHz)時(shí)達(dá)到。

可能提出的問(wèn)題

tS(fADC = 14 MHz)最小 = 0.107?s.實(shí)際上就是 =1.5T/14.還有幾件事：

1.采樣及轉(zhuǎn)換時(shí)間最小的1us是在CPU時(shí)鐘為56MHz(STM32F101xx為28MHz)時(shí)達(dá)到。"這句話出自何處？

我倒是看到fADC的最大值是14MHz.

2.這句話是自身矛盾的。為什么為了達(dá)到1Mhz的采樣率，好芯片要更高的時(shí)鐘？

3.采樣時(shí)間和采樣周期是兩個(gè)概念。采樣時(shí)間是整個(gè)ADC性能的重要參數(shù)。（請(qǐng)參考采樣示波器的“采樣”的概念）

4.您在上面提到的采樣時(shí)間的選擇，AD轉(zhuǎn)換周期(TCONV) = 采樣時(shí)間+ 12.5個(gè)周期。如何選擇？依據(jù)是什么？

5.我上面提到的“模擬信號(hào)的最大帶寬”這個(gè)概念，我在壇上關(guān)注了大半年，發(fā)現(xiàn)大家從未討論過(guò)。而這對(duì)用好ADC是很重要的。

問(wèn)題1：采樣及轉(zhuǎn)換時(shí)間最小的1us是在CPU時(shí)鐘為56MHz(STM32F101xx為28MHz)時(shí)達(dá)到。"這句話出自何處？我倒是看到fADC的最大值是14MHz

答：這句話出自《STM32技術(shù)參考手冊(cè)》第16.2節(jié)

ADC conversion time:

– STM32F103xx performance line devices: 1 us at 56 MHz (1.17 us at 72 MHz)

– STM32F101xx access line devices: 1 us at 28 MHz (1.55 us at 36 MHz)

關(guān)于fADC的最大值是14MHz，請(qǐng)看《STM32F103xx數(shù)據(jù)手冊(cè)》第5.3.5節(jié)，表18下面的注釋：

Specific conditions for ADC: fHCLK = 56 MHz, fAPB1 = fHCLK/2, fAPB2 = fHCLK, fADCCLK = fAPB2/4, ADON bit in the ADC_CR2 register is set to 1.

即fADC在fHCLK=fAPB2=56MHz時(shí)達(dá)到14MHz。

2.這句話是自身矛盾的。為什么為了達(dá)到1Mhz的采樣率，好芯片要更高的時(shí)鐘？

103當(dāng)然可以用和101同樣的時(shí)鐘并達(dá)到1Mhz的采樣率。

但因?yàn)?03的APB2可達(dá)72MHz,而101的APB2只可達(dá)36MHz，如果用戶想使用APB2的其他外設(shè)，用戶會(huì)不希望為了配合ADC的14M而采用低的時(shí)鐘。所以這句話可以這樣說(shuō)：“在不影響ADC最高采樣率的情況下，APB2最高可跑到56M"

3.采樣時(shí)間和采樣周期是兩個(gè)概念。采樣時(shí)間是整個(gè)ADC性能的重要參數(shù)。（請(qǐng)參考采樣示波器的“采樣”的概念）

103的DATASHEET有的，"ADC characteristics"

tS Sampling time， fADC = 14 MHz， 0.107 μs，就是1.5×1/fADC

4.您在上面提到的采樣時(shí)間的選擇，AD轉(zhuǎn)換周期(TCONV) = 采樣時(shí)間+ 12.5個(gè)周期。如何選擇？依據(jù)是什么？

要看外接的等效輸入電阻及電容。103的DATASHEET上有一個(gè)公式

R(AIN)

還有一個(gè)圖表

Ts (cycles) tS (μs) RAIN max (kΩ)

1.5 0.11 1.2

7.5 0.54 10

13.5 0.96 19

28.5 2.04 41

41.5 2.96 60

55.5 3.96 80

71.5 5.11 104

239.5 17.1 350

5.我上面提到的“模擬信號(hào)的最大帶寬”這個(gè)概念，我在壇上關(guān)注了大半年，發(fā)現(xiàn)大家從未討論過(guò)。而這對(duì)用好ADC是很重要的。

同樣拿示波器舉例，示波器前端有運(yùn)放，再接ADC。對(duì)于運(yùn)放，一般才提”模擬信號(hào)的最大帶寬“，但對(duì)于后面的ADC，重要的指標(biāo)是采樣、保持、轉(zhuǎn)換時(shí)間，根據(jù)Nyquist采樣定律，至少2倍采樣率才能重現(xiàn)波形，而通常做法是4~10倍，所以對(duì)于103，一定要提“模擬信號(hào)的最大帶寬”這個(gè)概念的話，有工程意義上的值是1M/4~10 約為250k～100k。

1. STM32F的ADC最高采樣率是1MHz。

2. 原翻譯錯(cuò)了，根據(jù)aes_sea的建議“采樣及轉(zhuǎn)換時(shí)間最小的1us是在CPU時(shí)鐘為56MHz(STM32F101xx為28MHz)時(shí)達(dá)到”應(yīng)改成 “在不影響ADC最高采樣率的情況下，STM32F101xx的APB2最高可跑到56M..."

我的理解是：

STM32F10X的ADC的最高工作頻率為14MHz，不能達(dá)到18MHz，（這是ST的無(wú)奈，當(dāng)然已經(jīng)很不錯(cuò)了。）而芯片的fSYSCLK和fADC 又必須保持2N倍的關(guān)系。

所以，若用戶考慮ADC的性能，fADC=14MHz，則選SYSCLK=14*4=56MHz。

若用戶考慮系統(tǒng)的性能，fSYSCLK=72MHzf，則選fADC=72/6=12MHz。

此時(shí)，ADC最高采樣率是12/14=0.857MHz。

3. 最小采樣時(shí)間就是1.5個(gè)ADC時(shí)鐘周期。

4. 由于芯片的保持電容<5P,而其模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻<1K,本來(lái)要求AD源的輸出阻抗<1.2K,為了方便用戶,簡(jiǎn)化AD源的電路，采樣時(shí)間是可選的。

故上述表格本應(yīng)反過(guò)來(lái)：根據(jù)用戶的各個(gè)AD源的輸出阻抗，選擇合適的采樣時(shí)間。

5. “根據(jù)Nyquist采樣定律，至少2倍采樣率才能重現(xiàn)波形”是老的觀念。

否則，采樣示波器的的最高頻率怎么會(huì)遠(yuǎn)高于其ADC的最高頻率。軟件無(wú)線電也不會(huì)出現(xiàn)了。

技術(shù)高手應(yīng)該明白“通帶采樣”的概念。而這又和“最小采樣時(shí)間”關(guān)聯(lián)。

帶寬是相對(duì)于模擬信號(hào)而言的，即能夠采集到的最大的模擬信號(hào)的頻率。采樣率是相對(duì)于數(shù)字信號(hào)而言，即采樣時(shí)間所決定。這兩點(diǎn)在AD轉(zhuǎn)換器上都有體現(xiàn)，一般來(lái)講AD的采樣率要大于帶寬，但也有小于帶寬的，這就是將來(lái)高帶寬的示波器的思想，用多個(gè)AD，利用相位差，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)多個(gè)AD完成協(xié)同工作，這樣就可以降低單個(gè)AD的采樣率，是未來(lái)的趨勢(shì)。