AN2834应用笔记如何在STM32F10xxx上得到最佳的ADC精度前言STM32F10xxx微控制器产品系列，内置最多3个先进的12位模拟/数字转换模块(ADC)，转换时间最快为1μs，这个ADC模块还具有自校验功能，能够在环境条件变化时提高转换精度。在需要模拟/数字转换的应用中，ADC的精度影响到整个系统的质量和效率。为了能够达到应有的精度，用户需要了解ADC误差是如何产生的和影响它的参数。转换精度不是仅仅依赖于ADC模块的性能和功能，它与该模块周边应用环境的设计密切相关。本文旨在帮助用户了解ADC误差的产生，以及如何提高ADC的精度，包含以下2个部分：●介绍了与ADC设计相关的，诸如外部硬件设计参数，和不同类型的ADC误差来源。●提出一些设计上的建议，和如何在硬件方面减小误差的方法。译注：本译文的英文版下载地址为：http://www.st.com/stonline/products/literature/an/15067.pdf参照2008年11月AN2834英文第1版本译文仅供参考，如有翻译错误，请以英文原稿为准。请读者随时注意在ST网站下载更新版本目录如何在STM32F10xxx上得到最佳的ADC精度目录1ADC误差的种类1.1ADC模块自身相关的误差1.1.11.1.21.1.31.1.41.1.51.21.2.11.2.21.2.31.2.41.2.51.2.61.2.71.2.81.2.91.2.10偏移误差增益误差微分线性误差积分线性误差总未调整误差电源噪声电源稳压模拟输入信号的噪声ADC的动态范围与最大输入信号幅度严重不匹配模拟信号源阻抗的影响信号源的容抗与PCB分布电容的影响注入电流的影响温度的影响I/O引脚间的串扰EMI导致的噪声3334566777778899910与环境相关的ADC误差2如何得到最佳的ADC精度2.12.2减小与ADC模块相关的ADC误差的建议如何减小与外部环境相关的ADC误差2.2.12.2.22.2.32.2.42.2.52.2.62.2.72.2.82.2.92.2.102.2.112.2.12减小电源噪声电源稳压的建议消除模拟输入信号的噪声将最大的信号幅度与ADC动态范围匹配模拟信号源的阻抗计算信号源频率条件与源电容和分布电容的关系温度效应补偿注入电流最小化减小I/O脚串扰降低EMI导致的噪声PCB的设计建议元器件的摆放与布线1111111112121314141515151616183结论192/19参照2008年11月AN2834英文第1版本译文仅供参考，如有翻译错误，请以英文原稿为准。请读者随时注意在ST网站下载更新版本AN2834ADC误差的种类11.1ADC误差的种类ADC模块自身相关的误差在STM32F10xxx的数据手册中，给出了不同类型的ADC精度误差数值。通常，精度误差是以LSB为单位表示。电压的分辨率与参考电压相关。电压误差是按照LSB的倍数计算：1LSB=VREF+/212或VDDA/2121.1.1偏移误差这是定义为从第一次实际的转换至第一次理想的转换之间的偏差。当ADC模块的数字输出从0变为1的时刻，发生了第一次转换。理想情况下，当模拟输入信号介于0.5LSB至1.5LSB表达的范围之内时，数字输出应该为1；即理想情况下，第一次转换应该发生在输入信号为0.5LSB时。偏莆蟛钜訣O标注。例子说明对于STM32F10xxx的ADC模块，最小的可检测到的电压增量变化，按LSB表示为：1LSB=VREF+/4096(或对于没有VREF+管脚的产品：VDDA/4096)如果VREF+=3.3V，理想情况下输入402.8μV(0.5LSB=0.5x805.6μV)时，产生数字输出1。然而实际上，这时ADC模块的读数可能仍然为0。如果在输入电压达到550μV时，才能得到数字输出1，则：偏移误差EO=实际的转换-理想的转换EO=550μV-402.8μV=141.2μVEO=141.2μV/805.6μV=0.17LSB当输入的模拟电压大于0.5LSB产生第一次的转换，则偏移误差是正值。下图显示了正的偏移误差：图1正的偏移误差当输入的模拟电压小于0.5LSB产生第一次的转换，则偏移误差是负值。下图显示了负的偏移误差。如果输入的模拟电压VAIN=VSSA并且ADC产生了一个非0的数字输出，则偏移误差是负值，即一个负电压产生了第一次的转换。3/19参照2008年11月AN2834英文第1版本译文仅供参考，如有翻译错误，请以英文原稿为准。请读者随时注意在ST网站下载更新版本AN2834图2负的偏移误差ADC误差的种类1.1.2增益