為實(shí)現(xiàn)高分辨率、低延遲的信號(hào)采集，ADC硬件設(shè)計(jì)需從電路拓?fù)?、器件匹配到供電方案全面?yōu)化。下面將系統(tǒng)闡述關(guān)鍵設(shè)計(jì)策略，助力工程師構(gòu)建高效可靠的模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

本文主要從硬件設(shè)計(jì)的角度，分享Air8101工業(yè)引擎ADC設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵注意點(diǎn)，軟件開發(fā)方面不做深入探討。

一、Air8101外部ADC說明

1.1 外部ADC相關(guān)管腳

Air8101有10路外部ADC，相關(guān)管腳參考下圖橙色方框標(biāo)注：

注意這些ADC管腳存在復(fù)用功能：

除了可以作為ADC使用之外，還可以用作GPIO、UART、PWM、I2C、SPI、RGB等功能。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，如果用作其他復(fù)用功能，就不能作為ADC使用。

Air8101管腳復(fù)用表下載：https://docs.openluat.com/air8101/product/shouce/

Air8101有ADC1、ADC2、ADC3、ADC4、ADC5、ADC6、ADC10、ADC12、ADC13、ADC14，一共10路外部ADC。

這10路ADC復(fù)用的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

ADC1對(duì)應(yīng)ADC10；

ADC2對(duì)應(yīng)ADC12；

ADC3對(duì)應(yīng)ADC13；

ADC4對(duì)應(yīng)ADC14；

ADC5和ADC6，沒有對(duì)應(yīng)的其他ADC通道；

這里的對(duì)應(yīng)關(guān)系如何理解呢？

以ADC1對(duì)應(yīng)ADC10為例，意思是在Air8101內(nèi)部，ADC1和ADC10是同一個(gè)ADC通道，ADC1和ADC10不能同時(shí)使用。

1.2 電壓測(cè)量要點(diǎn)

Air8101的外部ADC分辨率為12bit；測(cè)量電壓范圍為0到2.4V，不支持內(nèi)部分壓。

1）測(cè)量不超過2.4V的外部電壓時(shí)：

如果外接電路的被測(cè)電壓不超過2.4V，被測(cè)電壓可以直連ADC，不需要做任何電路處理；

2）測(cè)量超過2.4V的外部電壓時(shí)：

如果外部電路的北側(cè)電壓超過2.4V，必須將外部電壓使用電阻分壓，使掛在ADC上的電壓不超過2.4V。

那么，分壓電阻怎么選擇呢？

首先，取決于被測(cè)電壓的值，測(cè)量最大電壓5V和最大電壓12V時(shí)的分壓電阻肯定是不一樣的；

其次，電阻一定要使用1%精度，這樣才能盡可能的使分壓比符合要求；

再次，可以在ADC輸入處增加1個(gè)濾波電容，抑制高頻噪聲，避免ADC讀數(shù)波動(dòng)。

以上都是經(jīng)驗(yàn)之談，現(xiàn)在我們以被測(cè)外部電壓為5V，分壓后掛在ADC上的電壓為1.5V，來舉例說明：

▼ 分壓電阻示例 ▼

分壓比要求：

Vout/Vin=1.5V/5V=0.3，

即：R2=0.3×(R1+R2)，

解得R1:R2≈2.33:1。

推薦電阻值：

上拉電阻 R1=2.4MΩ（±1%精度）

下拉電阻 R2=1.0MΩ（±1%精度）

實(shí)際分壓比：

1.0MΩ/(2.4MΩ+1.0MΩ)≈0.294，

5V分壓后為5V×0.294≈1.47V，滿足量程不超過2.4V的要求；

相應(yīng)的，假設(shè)通過ADC測(cè)得的電壓值時(shí)1.47V，則可以換算出來被測(cè)電壓值為：

1.47V/0.294=5V；

需要特別指出的是，即便使用MΩ級(jí)別的電阻，系統(tǒng)也會(huì)存在固定的功耗浪費(fèi)：

總電流： I=5V/(2.4MΩ+1.0MΩ)≈1.47μA

總功耗： P=5V×1.47μA=7.35μW

功耗極低，適合電池供電的低功耗場(chǎng)景。

二、Air8101內(nèi)部ADC說明

2.1 一路用于檢測(cè)VBAT電壓的ADC

Air8101內(nèi)部占用了一路ADC，用于檢測(cè)VBAT引腳的電壓：

不需要外接任何硬件電路，直接通過軟件API讀取VBAT電壓即可；

電壓測(cè)量范圍：2.5V-4.35V；

可以使用如下代碼讀取VBAT電壓：

2.2 一路用于檢測(cè)CPU溫度的ADC

Air8101內(nèi)部占用了一路ADC，用于檢測(cè)CPU的溫度：

不需要外接任何硬件電路，直接通過軟件API讀取即可；

溫度測(cè)量范圍：-40°C ~ +85°C；

可以使用如下代碼讀取CPU溫度：

三、硬件設(shè)計(jì)參考

提供完整的Air8101硬件開發(fā)參考設(shè)計(jì)（以太網(wǎng)、攝像頭、音頻功放、RS485、RS232、ADC等），以及電源設(shè)計(jì)總體說明，可參考下方鏈接詳細(xì)說明。

Air8101最新硬件參考設(shè)計(jì)資料下載：

https://docs.openluat.com/air8101/luatos/hardware/design/reference/

今天的內(nèi)容就分享到這里了！

審核編輯 黃宇