ADC是什么?

ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件，通常是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。

模擬信號(hào)：某一個(gè)區(qū)間內(nèi)連續(xù)的物理信號(hào)，比如電壓會(huì)每時(shí)每刻都存在且不停的變化;

數(shù)字信號(hào)：某一個(gè)區(qū)間內(nèi)有限個(gè)數(shù)的抽象數(shù)值記錄，比如每隔1秒鐘一個(gè)電壓數(shù)值;

采樣率和分辨率

采樣：在模擬信號(hào)上間隔某個(gè)固定的時(shí)間采集瞬時(shí)值，得到一系列的離散值。采樣越密集，得到的離散數(shù)據(jù)集越貼近實(shí)際信號(hào)。采樣率表示采樣的頻率;

分辨率：輸入電壓對(duì)應(yīng)分辨率的位數(shù)，分辨率=測(cè)量電壓范圍/(2^resolution-1)。 比如逐次逼近型的ADC，8位分辨率下，能夠?qū)⒖潭戎鸫蔚确?次，每次將精確度提高一倍。假設(shè)最大輸入電壓為3.3V，那么能夠分辨的最小電壓變化為3.3V/255= 12.94mV.

采樣方式

單通道：?jiǎn)蝹€(gè)端口采集對(duì)GND的電壓，受到輸入電壓的干擾，如果輸入電壓波動(dòng)很劇烈，誤差會(huì)很大(蜂鳥(niǎo)Pro等);

差分方式：使用兩個(gè)端口采集，可以一定程度上排除干擾(需要電路上做支持);

采樣原理

ADC有多種不同的設(shè)計(jì)原理和構(gòu)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：類(lèi)似于軟件上的二分，通過(guò)N個(gè)并聯(lián)的比較電路逐次比較大小，來(lái)確定輸入電壓的范圍，每次將數(shù)值范圍在當(dāng)前分辨率內(nèi)減小二分之一，比較電路的數(shù)量決定了分辨率(2^N-1)。

基礎(chǔ)電路知識(shí)

分壓:

通過(guò)串聯(lián)電阻進(jìn)行分壓,串聯(lián)的電阻分得的電壓和阻值成正比。

通過(guò)串聯(lián)電容進(jìn)行分壓，串聯(lián)的電容分得的電壓和容值成反比;

不論是電阻還是電容，接通的時(shí)候都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路電流增大，從而出現(xiàn)壓降;

選擇合適的參數(shù)

判斷是否存在差分電路，如沒(méi)有則是單端采集模式;

判斷ADC采集端口的輸入范圍，比如3.3V;

基于參考電壓的增益：比如DA14585內(nèi)部基準(zhǔn)是1.2V，則需要至少3倍增益才能達(dá)到3.3V以上的量程;

理解電路邏輯：產(chǎn)品A

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

理解電路邏輯：產(chǎn)品B

v_BAT=vref_adc_value?3000/4095;

v_BAT =v_BAT*2;

理解電路邏輯：產(chǎn)品C

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

結(jié)合實(shí)際需求：產(chǎn)品D

超低功耗，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)行

電壓一定的時(shí)間內(nèi)變化較小，每隔5分鐘測(cè)量一次，并取6次的均值;

結(jié)合實(shí)際需求：產(chǎn)品C

高精度

采集：每隔100ms執(zhí)行一次測(cè)量，每次測(cè)量重復(fù)64次;

過(guò)濾：數(shù)據(jù)排序后，拋掉前后各30個(gè)，取4個(gè)中位數(shù)的均值，得到這次采集的結(jié)果;

去抖動(dòng)：每秒鐘會(huì)得到10個(gè)處理過(guò)后的數(shù)值，經(jīng)過(guò)平均后顯示到屏幕上(相當(dāng)于每秒鐘執(zhí)行了6400*2次才得到一個(gè)數(shù)值);

進(jìn)一步提高精度的思考

修改電路，同步修改算法，將單端采集改為差分的模式，NTC一路，30K一路。由于差分是直接計(jì)算P、N端口的壓差的，會(huì)直接消除電壓波動(dòng)帶來(lái)的誤差;

低電量閾值設(shè)定方法 (硬件同學(xué)貢獻(xiàn))

列出電路中各個(gè)元器件的最低工作電壓，和最大工作電流。保證最大工作電流的情況下，電池電壓不能低于元器件的最低工作電壓

電子表：以2.3V作為設(shè)備的最低截至電壓，5mA作為電池放電電流。

eink屏幕-2.3V <1mA

藍(lán)牙-2.0V 5mA

FLASH-1.8V 5mA

MCU ADC測(cè)量 1mA

…

將放電曲線根據(jù)放電時(shí)間，分成10等份，每一份代表10%的電量

將一顆新電池依次放電到100%、90%、80%.... 10%， 使用MCU的ADC測(cè)量不同階段時(shí)的電壓，作為不同電量階段的電壓閾值

附：逐次逼近型ADC內(nèi)部工作原理