STM32 ADC内部原理分析

关键词：ADC内部原理、逐次逼近原理

参考链接

1. ST应用手册_AN2843 如何在STM32微控制器中获得最佳ADC精度
2. CSDN_外部信号输入源阻抗与ADC内部开关电阻关系
3. B站_逐次逼近型ADC原理

电容并联电压计算题来一道：

电阻分压的例题来一道

前言

一直好奇STM32 内部ADC结构是如何实现的，怎样去做逐次比较的呢？直到我看到AN2843, 我对ADC的理解有了更深的一个层次。于是就写了这篇文章来记录一下。

1.0 SAR ADC内部结构

A到D的流程为：采样->保持->量化->编码
STM32微控制器中内置的ADC使用SAR（逐次逼近）原则，分多步执行转换。转换步骤数等于ADC转换器中的位数。每个步骤均由ADC时钟驱动。每个ADC时钟从结果到输出产生一位。ADC的内部设计基于切换电容技术。
ADC基本框图如下（以10位ADC为例子） VIN: 输入电压 VREF: 参考电压

2.0 采样->保持->量化

采样状态时，电容充电电压至VIN。

保持状态：输入断开，电容保持输入电压。Sb开关打开，然后S1-S11切换至接地且Sa切换至VREF。
注意：并的所有电容的容值加起来为2C。

接下来则是量化的过程
第一个逼近步骤。S1切换至VREF。

注意图中的等效电路。
这个步骤有两个结果，要么比它大，要么比它小（先不考虑等于情况）
情形一：

情形二：

逐次逼近过程

下面针对逼近过程进行简单解释：
假设条件：我的VREF为32V，使用的是5位AD，这样我们每份为32V/ (2^ (5)) =1V 采样的信号为直流14V。
那我们开始喽，首先电容进行充电，然后开始进行逐次比较。
第一次先来个最重的砝码，比较一下，然后换砝码。。。。

类比于STM32内部的ADC 电容充满后，存储在我们的VIN
保持电路，VIN端去掉，并接了地。此时的VCOMP= -VIN
逐次比较：

1. 先比较最大的砝码(S1开关闭合)，与VREF/2进行比较，VCOMP处电压为= -VIN+ (C1/(C1+C2)) * VREF
   如果VCOMP<0。说明我的最大砝码大于我的VIN，不保留最大的砝码（也就是最高位 为 0）
2. 接着往下比较（S2开关闭合，S1开关打开），与VREF/4进行比较，类比于上述过程。
   

总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了ADC逐次比较的内部原理。如果什么补充，欢迎留言。
1