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最近在开发一个产品,使用STM32F407的ADC功能,在调试前期,ADC极其不稳定,波动很大。就连原子哥也对其ADC性能提出质疑。结果果真如此吗?
在软件调试之前,一个良好的硬件设计是保证ADC性能优越的前提条件。比如: 1、模数电源和地分离; 2、提供独立VDDA稳压电源; 3、相关滤波电容的选择; 4、良好的布局 5、输入阻抗的匹配等 此类问题在网上讨论很多,就在此不详述。 我这边设计的PCB基本按照上述要求,进行设计,可是在代码调试期间ADC波动很大,仅仅测量模拟地信号最大都有9LSB的波动,相比于STM32F103的只有1个LSB波动,的确就差远了。 这边测量1000组数据分析的结果: (ps:一共测试3组数据,每一组采样1000个样本数据,采样周期200ms,耗时200s,下同。) ******************************** 微气压传感器************************************** //===================================================================原始代码 //------------------------------------第一组 statistics analysis 测试样本数 = 1000 平均值 = 1933 方差 = 10 标准差 = 3 LSB0 -》 157, 15.700% LSB[±1,±3) -》 525, 52.500% LSB[±3,±5) -》 156, 15.600% LSB[±5,±8) -》 136, 13.600% LSB[±8,±10] -》 26, 2.600% LSB 》±10 -》 0, 0.000% //-----------------------------------第二组 statistics analysis 测试样本数 = 1000 平均值 = 1933 方差 = 9 标准差 = 3 LSB0 -》 149, 14.900% LSB[±1,±3) -》 535, 53.500% LSB[±3,±5) -》 172, 17.200% LSB[±5,±8) -》 116, 11.600% LSB[±8,±10] -》 28, 2.800% LSB 》±10 -》 0, 0.000% //-----------------------------------第三组 statistics analysis 测试样本数 = 1000 平均值 = 1934 方差 = 9 标准差 = 3 LSB0 -》 149, 14.900% LSB[±1,±3) -》 471, 47.100% LSB[±3,±5) -》 238, 23.800% LSB[±5,±8) -》 120, 12.000% LSB[±8,±10] -》 22, 2.200% LSB 》±10 -》 0, 0.000% 通过测试结果发现,方差在10左右,在[±8,±10]的波动占比高到2.8%。当时也很绝望! 通过STM32官网资料,进行FALSH ART配置,测量结果如下: //===================================================================FALSH ART 配置 //-----------------------------------第一组 statistics analysis 测试样本数 = 1000 平均值 = 1933 方差 = 2 标准差 = 1 LSB0 -》 311, 31.100% LSB[±1,±3) -》 611, 61.100% LSB[±3,±5) -》 74, 7.400% LSB[±5,±8) -》 4, 0.400% LSB[±8,±10] -》 0, 0.000% LSB 》±10 -》 0, 0.000% //-----------------------------------第二组 statistics analysis 测试样本数 = 1000 平均值 = 1933 方差 = 2 标准差 = 1 LSB0 -》 341, 34.100% LSB[±1,±3) -》 561, 56.100% LSB[±3,±5) -》 94, 9.400% LSB[±5,±8) -》 3, 0.300% LSB[±8,±10] -》 1, 0.100% LSB 》±10 -》 0, 0.000% //-----------------------------------第三组 statistics analysis 测试样本数 = 1000 平均值 = 1933 方差 = 2 标准差 = 1 LSB0 -》 305, 30.500% LSB[±1,±3) -》 602, 60.200% LSB[±3,±5) -》 88, 8.800% LSB[±5,±8) -》 5, 0.500% LSB[±8,±10] -》 0, 0.000% LSB 》±10 -》 0, 0.000% 经过ART配置,一下子有了一个大的飞跃。方差也有10降低到了2,ADC值±2之内(包括±2)的数据集中度,由原来的66%搞到到目前的90%左右。心中那个暗喜啊,难道这就满足了吗,NO,NO,NO 后来发现ADC性能不仅受VDDA控制,VDDA越稳定越好,同时VDD(数字电源)的影响也是不容忽视,后来做了一个电路,去动态适配VDD,电路如下: 整个CPU数字电源去供电电压是2.5V(DVCC), 模拟电源VDDA是2.5V单独供电。 原理就是先测量VDD电压,查看是否有偏移2.5V,有偏离,在通过DAC进行电路调节,达到稳定VDD的目的。经过改造,测试结果如下: //===================================================================FALSH ART 配置 + V2.5 ADJ //-----------------------------------第一组 statistics analysis 测试样本数 = 1000 平均值 = 1933 方差 = 1 标准差 = 1 LSB0 -》 317, 31.700% LSB[±1,±3) -》 644, 64.400% LSB[±3,±5) -》 35, 3.500% LSB[±5,±8) -》 4, 0.400% LSB[±8,±10] -》 0, 0.000% LSB 》±10 -》 0, 0.000% //-----------------------------------第二组 statistics analysis 测试样本数 = 1000 平均值 = 1933 方差 = 1 标准差 = 1 LSB0 -》 336, 33.600% LSB[±1,±3) -》 615, 61.500% LSB[±3,±5) -》 48, 4.800% LSB[±5,±8) -》 1, 0.100% LSB[±8,±10] -》 0, 0.000% LSB 》±10 -》 0, 0.000% //-----------------------------------第三组 statistics analysis 测试样本数 = 1000 平均值 = 1933 方差 = 1 标准差 = 1 LSB0 -》 346, 34.600% LSB[±1,±3) -》 610, 61.000% LSB[±3,±5) -》 42, 4.200% LSB[±5,±8) -》 2, 0.200% LSB[±8,±10] -》 0, 0.000% LSB 》±10 -》 0, 0.000% 经过对比,方差已经降到1,ADC值±2之内(包括±2)的数据集中度,由原来的66%搞到到目前的95%; 达到了设计目的。 总结如下: 1、1000组数据的方差由原来的10提高到1; 2、ADC值的等于平均值的分布由原来的14%提高目前的31%; 3、ADC值±2之内(包括±2)的数据集中度,由原来的66%搞到到目前的95%; 4、ADC值在[±3,±4]的波动由原来的18%降低3% 5、ADC值超过±5的波动,由原来的14%降低到0.3% 通过数据可以发现,采集的数据越来越接近平均值 对于超过±3的数据只占整个采样数据的3%,在通过软件滤波,去除最大、最小值,再取平均值,即可将这些离散大的点滤掉。这样软件滤波+硬件适配相兼容,结果更加优越。 使用微气压传感器(软件滤波,滤波深度为8,(去除最小值、最大值,在取平均值,获取的微气压的数据),测量结果如下: |
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