為什么MCU ADC采樣時(shí)IO口有毛刺?

大家在使用MCU內(nèi)部adc進(jìn)行信號(hào)采樣一個(gè)靜態(tài)電壓時(shí)可能在IO口上看到過(guò)這樣的波形：

這個(gè)時(shí)候大家一般會(huì)以為是信號(hào)源有問(wèn)題，但仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)毛刺的頻率是和ADC觸發(fā)頻率一樣的！

那么為什么MCU ADC采樣時(shí)IO口會(huì)出現(xiàn)毛刺，這個(gè)毛刺會(huì)影響采樣結(jié)果嗎，讓我們來(lái)一起研究一下。

首先我們來(lái)看下GD32 MCU ADC內(nèi)部采樣電路的原理示意圖：

是的，你沒(méi)看錯(cuò)就是這么簡(jiǎn)單，mcu采樣保持電路可以等效為一個(gè)開(kāi)關(guān)、一個(gè)采樣電阻和采樣電容；當(dāng)然后面還有逐次逼近式的轉(zhuǎn)換電路。

所以當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，外部的信號(hào)會(huì)通過(guò)開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)采樣電阻對(duì)采樣電容充電或放電，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致外部電壓瞬間變化，這個(gè)過(guò)程內(nèi)部電壓和外部電壓的變化可以等效成下圖：

剛才的波形圖里我們看到是一個(gè)向下的毛刺，當(dāng)然如果ADC在掃描模式采樣多個(gè)信號(hào)時(shí)，也可能出現(xiàn)電容對(duì)外放電，則會(huì)出現(xiàn)向上的毛刺，比如這個(gè)波形：

那么這個(gè)毛刺會(huì)影響我們ADC的最終結(jié)果嗎？

這個(gè)我們就需要根據(jù)這個(gè)ADC通道所配置的采樣保持時(shí)間來(lái)判斷了；我們可以用程序配置的采樣保持周期和ADC時(shí)鐘計(jì)算出ADC采樣開(kāi)啟的時(shí)間，如果從毛刺產(chǎn)生時(shí)刻開(kāi)始經(jīng)過(guò)采樣開(kāi)啟時(shí)間后電壓已經(jīng)恢復(fù)到平穩(wěn)，那么此時(shí)這個(gè)平穩(wěn)的電壓和ADC采樣電容上的電壓一致，接下來(lái)的ADC轉(zhuǎn)換也就能得到正確的結(jié)果。

如果采樣時(shí)間結(jié)束時(shí)信號(hào)還在毛刺階段則采樣結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)偏大或偏小。

那么如何從軟硬件方面優(yōu)化MCU的ADC性能，期待我們后續(xù)分享。