1.  前言

        在當今的數字化世界中，ADC（模數轉換器）是現代電子系統中不可或缺的組件，它能夠將模擬信號轉換為數字信號，使得計算機和其他數字設備能夠處理這些信號。隨著科技的不斷發展，ADC 在許多領域都發揮著越來越重要的作用。

       本文的 E3110 開發板就使用了 ADC 模塊，本文旨在通過 E3110 開發板所需的 ADC 轉換做一個簡單的介紹。

 

2.  ADC簡介

        ADC 可以將連續的模擬信號轉換為離散的數字信號，以便於數字電路或計算機進行處理。

        ADC 在各種領域中都有廣泛的應用，如通信、音頻、圖像處理、醫療等。在物聯網、智能家居、自動駕駛等新興領域中，ADC 也發揮著越來越重要的作用。

       了解 ADC 的基本概念和原理對於深入了解數字信號處理和相關領域的應用至關重要。

 

2.1  ADC 基本概念

        ADC（Analog-to-Digital Converter），即模數轉換器，是將連續的模擬信號轉換為數字信號的電路。其輸入為模擬信號，輸出為數字信號。ADC 的主要組成部分是模擬信號採樣模塊、模擬信號處理模塊、模數轉換模塊和數字信號處理模塊。其中，模擬信號採樣模塊負責採集模擬信號，模擬信號處理模塊負責對採集的模擬信號進行濾波、放大等處理，模數轉換模塊則將模擬信號轉換為數字信號，數字信號處理模塊負責對數字信號進行處理，如濾波、放大、數字信號處理算法等。

 

2.2  ADC 工作原理

        ADC 將模擬信號轉換為數字信號。它的基本原理是將連續時間的模擬信號轉換為離散時間的數字信號。具體來說，ADC 將模擬信號在時間上進行採樣，然後通過量化操作將每個採樣值轉換為數字編碼。這些數字編碼可以用二進制代碼表示。ADC 在轉換過程中需要通過採樣頻率和量化精度來決定轉換質量，採樣頻率和量化精度越高，轉換質量越好，但同時也會增加轉換的成本和複雜度。

其工作原理可以分為以下步驟：

1、採樣：採集模擬信號的一個點，將其轉換為數字信號。

2、保持：將採樣的模擬信號保持一段時間，以便進行下一步的量化。

3、量化：將保持的模擬信號進行數字化處理，將其轉換為數字信號。這一步通常涉及到取整或四捨五入的操作。

4、編碼：將量化後的數字信號轉換為二進制或其他形式的數字代碼。

 

2.3  ADC 主要功能

1）支持 12 位模式。

2）支持高達 2MHz 的採樣率。

3）支持高達 8 個差分或 16 個單端模擬輸入通道。

4）支持單次轉換。

5）支持連續轉換。

6）支持由硬體觸發器輸入觸發的轉換。

7）支持轉換結果 FIFO 操作。

8）支持同步和異步工作模式。

9）支持 DMA 操作。

10）支持模塊級軟復位。

 

2.4  ADC 主要特徵

1）2 個 ADC 轉換單元。

2）可以進行 TrustZone 安全設置。

3）支持內部溫度檢測，內部參考電壓。

4）逐次逼近型 ADC，支持的解析度：12-bit, 10-bit, 8-bit。

5）轉換時間短：0.4 μs/每通道（12-bit ADC、時鐘PCLKC (ADCLK)等於 50 MHz 的條件下）。

6）可啟用 A/D 數據存儲緩衝區是一個環形緩衝區，由 16 個緩衝區組成，用於順序存儲 A/D 轉換後的數據。

7）自診斷在每次掃描開始時執行一次，在 ADC 執行生成中的三個參考電壓值中選擇一個 A/D 轉換值。

3.  E3110 開發板 ADC 電路設計

        E3110 支持 3 個 ADC，每個 ADC 有多個 channel，具體參考 PinMux 配置表裡面 Analog 部分。支持 ADC 功能的 pin 位於 GPIO_A/B/C 三個部分，ADC 支持單端輸入和差分輸入。ADC 所在 pin 屬於數字/模擬混合功能 pin，軟體上需要做相應配置，ADC 默認使用 3.3v 電平輸入，若使用 5v 電平，需要軟體上配置寄存器進行分壓。 使用 ADC 功能時，軟體需要先初始化成 ADC 模式，初始化後，ADC pin 是高阻模式。

 

3.1  ADC 系統框圖

圖 3-1  ADC Block Diagram

 

3.2  E3110 開發板的 ADC 原理圖設計

       E3110 開發板 5V ADC 採樣，須使用 Rail to Rail 電路接入到晶片 ADC 引腳，在 Rail to Rail OP 晶片輸入端，可以接限流電阻，在 Rail to Rail OP 晶片輸出端直接接入到晶片 ADC 引腳。

圖 3-2 E3110 開發板 ADC 原理圖設計

 

3.3  E3110 開發板的 ADC 電源和地設計

        E3110 開發板 ADC 的採樣基準電壓有三個：AVDD，VREF1，VREF2，AVDD=3.3V，VREF1/VREF2=2.5V，可以根據採樣信號的大小來選擇採樣基準電壓，VREF1/VREF2 支持外部輸入參考電壓，最高到 3.3V，VREF1 給 ADC1 和 ADC3 做基準，VREF2 給 ADC2 做基準。 如果使用 AVDD 作為基準電壓，AVDD 需要乾淨穩定的電源來供電，默認使用 LDO 供電，LDO 選用高紋波抑制比的。 如果需要更高精度的採樣，可以使用專門的 Vref 器件來做參考基準，接到 VREF1 和 VREF2上。 在 layout 上晶片 AVSS 是 ADC 模塊的 GND，需要和 AVDD 濾波電容，VREF 電容的 GND 連在一起然後單獨打地孔連到主地，不要和表層其它的數字 GND 有連接。

4.  參考文獻

[1] 參考《SemiDrive E3 硬體設計手冊》.

[2] 參考《E3206 & E3205 MCU Datasheet, Release 00.17》.

[3] 參考【E3110 MCU Technical Reference Manual, Release 01.00】.

[4] 原文鏈接：https://blog.csdn.net/m0_56694518/article/details/131337891

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作者：Sandy Yang / 楊羽潔

     

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