飞思卡尔官方推荐KL25 ADC模块详细介绍

                         飞思卡尔官方推荐KL25 ADC模块详细介绍。
       
首先先解释下分辨率和精确度的区别。
        简单点说，“精度”是用来描述物理 量的准确程度的，而“分辨率”是用来描述刻度划分的。之前在网上看见一个例子举得很通俗：有这么一把常见的塑料尺，它的量程是10厘米，上面有100个刻度，最小能读出1毫米的有效值。那么我们就说这把尺子的分辨率是1毫米，或者量程的1%；而它的实际精度就不得而知了（算是0.1毫米吧）。当我们用火来烤一下它，并且把它拉长一段，然后再考察一下它。我们不难发现，它还有有100个刻度，它的“分辨率”还是1毫米，跟原来一样！然而，您还会认为它的精度还是原来的0.1毫米么？


        分辨率是由AD的位数决定的，比如说KL25的AD是16位，以VDD的最大值3.6v那么它的分辨率就是3.6/2^16=54.9uV。而精度主要用这个值来表示：INL：Interger NonLiner——积分非线性度，他表示了ADC器件在所有的数值点上对应的模拟值，和真实值之间误差最大的那一点的误差值。也就是，输出数值偏离线性最大的距离。单位是LSB。


        LSB这一术语有着特定的含义，它表示的是数字流中的最后一位，也表示组成满量程输入范围的最小单位。对于12位转换器来说，LSB的值相当于模拟信号满量程输入范围除以2^12 或 4096的商。如果用真实的数字来表示的话，对于KL25(12位模式)满量程输入范围为3.6V的情况， 12位转换器对应的LSB大小为0.88mV。它的INL典型值为正负1.0LSB(12位模式)，所以在12位模式下，KL25的精度为0.88mV*1=0.88mV。


        还要特别提一下基准源。基准源是测量精度的重要保证。基准的关键指标是温飘，一般ppm/K来表示。假设某基准30ppm/K，系统在20~70度之间工作，温度跨度50度，那么，会引起基准电压30*50=1500ppm的漂移，从而带来0.15%的误差。温漂越小的基准源越贵，比30ppm/K的431，七毛钱；20ppm/K的385，1块5；10ppm/K的MC1403，4块5；1ppm/K的LM399,14元；0.5ppm/K的LM199，130元


        接下来贴上一张ADC的模块框图，这张图对于我们理解ADC模块很重要。我在图上加了一些注解，便于大家对各个部分有个了解。KL25的ADC模块是16位的，但是有效位数在13-14位左右。转换速率为37.037-461.467ksps（16位模式，硬件均值关闭，持续转换开启）。       
        1 时钟源选择
        KL25的ADC模块有4个时钟源可以选择，通过设置CFG1[ADICLK]可以进行选择，分别是：
        1 总线时钟：复位之后默认的选择
        2 总线时钟2分频：
        3 可选时钟：在K60中，可选时钟设置为OSCERCLK。但是在KL25中并没有说明。
        4 异步时钟：这个时钟是由ADC模块内部的时钟源产生的（框图右上部分）。这个时钟有点奇怪，你在转换之前不打开它也是可以使用的，在每次转换开始时它会自动启动，在转换结束时会自动关闭，但是这样的话会在每次这个时钟启动的时候导致延时。所以为了避免这种情况，在初始化传输之前最好就打开它（CFG2[ADACKEN]=1）并等待5us（最坏启动情况）。
        如果选择的时钟频率比较高的时候，通过设置CFG1[ADIV]可以设置到8分频。无论选择哪个时钟，都要在ADCK的频率范围2MHz-12MHz(16位模式)内。


        2 参考电位选择        参考电压在两对电压对中选择：(VREFH and VREFL)和(VALTH and VALTL)。由SC2[REFSEL]来选择。参考电压正必须在Ref Voltage High的最小值和VDDA之间，参考电压负必须和VSSA相同的电位（在上图中我们也可以发现）。但是在芯片手册中并没有发现VALTH and VALTL相关的信息。


        3 触发方式        硬件触发和软件触发
        3.1 软件触发时        只要SC1A被写入就会触发转换。
        3.2 硬件触发时        如果转换在处理时一个硬件触发过来，将会被忽略，所以当硬件触发事件在转换过程中发生时，必须要保持被置位直到当前的转换结束，接受这个事件信号来触发一个新的中断。
        ADC的控制寄存器有SC1A, SC1B，虽然芯片手册上说SC1B~ SC1n,但是搜了下只有SC1A, SC1B，SC1A可以用于软件和软件触发模式，为了让ADC允许被内部外设触发连续转换，就有了SC1B的用武之地，但是仅限于硬件触发。这些SC1n寄存器有相同的字段，以"ping pong"的方法（这个方法不太清楚）来控制ADC操作（P461 Chapter 28 Analog-to-Digital Converter (ADC)）。在每一个时间点，只有一个SC1n控制转换，如果你在SC1A在控控制某次ADC转换时更新了SC1A寄存器，也是可以的，但是这样的话，在软件触发模式下，如果通道值有值得话就会触发一次新的传输。如果更新的是SC1B~ SC1n的话就无所谓了，因为在软件触发模式下SC1B~ SC1n寄存器没用。


        4 校准        如果设置的软件触发，设置SC3[CAL]之后校准就会自动开始。如果是硬件触发，错误标志会被置位。在校准时不要有其他写寄存器，模式切换等操作，否则会呆滞校准失败。
        一般校准周期有14k个ADCK周期加上100个总线周期，具体时间取决于你所选的时钟源了。8MHz的时钟源的大概校准周期到1.7ms。为了减少这个时间，偏移，增益值等等这些校准值可以在初始化校准结束的时候存到flash中，这样在传输之前就可以从flash中恢复出来。这样的话可以减少校准减少到20个寄存器存储操作时间。


        5 采样周期        采样时间和配置的关系如下图：       
        CFG1[ADLSMP]配置的是长/短采样，0为短采样，1为长采样。基准采样周期是4个ADCK cycles。如果是配置为短采样，那么在第一次转换时会有2个额外的周期也就是6个ADCK cycles。如果配置为长采样，CFG2[ADLSTS]配置的长采样的时间选择，如下。       
        CFG2[ADHSC]配置的是高速转换。0是正常模式，1是高速模式。高速模式下转换顺序改变了故每次转换都需要增加额外的2个ADCK cycles。


        6 转换时间        总共所需的转换时间由下面这个公式决定：如果需要计算转换时间，只需要根据设置的参数带入公式计算就可。       
        下面是对每一项的说明：
        SFCAdder：单个或者连续转换中第一个增加的时间。       
        AverageNum：就是平均采样次数因子。由SC3[AVGE]和SC3[AVGS]决定。：       
        BCT：Base Conversion time，基准转换周期       
        LSTAdder：长采样还是短采样增加的时间（短采样就第一个周期增加2个ADCK cycles，所以忽略）       
        HSCAdder：高速转换增加的时间（2个ADCK cycles）       
        总结一下：
        a 整个转换时间取决于：
        b 采样时间
        c 总线频率
        d 转换模式（单端还是差分）
        e 转换速度（正常还是高速转换）
        f 转换时钟的频率fADCK


        7 初始化顺序        ADC模块的初始化顺序基本如下图所示。       

        8 温度传感器        顺带介绍下ADC模块自带的一个温度传感器。这个温度传感器和ADC的一个输入相连。计算公式如下：       
        Temp就是所要测的得的温度。Vtemp就是在当前温度下的电压，Vtemp25表示在25度时的电压值，m是这个传感器的斜率。这些参数我在数据手册中截出来如下：       
        如上图所示，Vtemp25=719mv，m=1.715mv/°C。