为什么STM32Fxx的AD输入阻抗这么低

只看该作者 · 2008-4-26 15:16

目前在做一个产品，其中用到内置AD测锂电池电压（不可充），电池电压为3.2V,电压信号经过两个5.1M的电阻分压后输入到AD口。发现用万用表测出来的电压与AD所测得电压总是存在一个0.09V的差值。后又将电池断开，接入地模拟电池(0V)，发现居然还有1.5V左右的电压。接着我将两个电阻换成10K,AD采样出来的值与实际值完全吻合了（电压表精度不够，前两位对上应该算OK了吧）.
造成这种现象，一般来说跟AD的输入阻抗有关。于是查了一下datasheet,发现该芯片的AD最大输入阻抗居然只有350K,晕，居然这么低，难怪会碰到这个问题。既然知道原因，解决的方法也是有的，自己加运放做电压跟随器。但是我有一个疑问，为什么这个ADC的输入阻抗这么低。我查了一下以前用过的Atmega8,他的AD输入阻抗资料上写着最低都有55M啊.提出这个问题的目的是希望大家今后在设计的时候重视这个问题。假如直连AD的话，光这个电路上消耗的电流就是 3.2/350 = 9.14uA, 要知道我们芯片在进入最低功耗模式时才消耗了3.9uA(还包括一块非常省电的静态RAM,所以比资料上的最低功耗要大). 最后附上datasheet上关于ADC输入阻抗的说明:

只看该作者 · 2008-4-26 15:37

接入地还有1.5V电压怎么解释？

只看该作者 · 2008-4-26 16:04

芯片脚上反馈的吧。电阻换成两个10K,电压值基本为零了.

2万 · 2008-4-26 18:04

自己加个采保器，或者加个跟随器做阻抗匹配。

AD采保相当于一个电容，工作时候，需要尽快跟上外部电压，于是有个充放电的问题，这个充放电其实就是采样过程。采样完成后断开外部连接，保持器，给ADC转换提供稳定的电压。

只看该作者 · 2008-4-26 23:51

不知道为什么把AD输入设计成这么低的阻抗？为了高速度,还是高精度？要外置电路提高输入阻抗感觉挺麻烦的，假如接了十六路信号，岂不是要接很多个电压跟随电路?用过这块芯片AD功能的各位同仁们，不知道有没有更好的解决方**

1万 · 2008-4-27 00:05

只看该作者 · 2008-4-27 00:31

用过ADuC812/841,DSP LF2407/2812,还有AVR的、LPC93X等芯片，都发现加个跟随器更稳定可靠。特别是用于工业现场的设备。

只看该作者 · 2008-4-27 11:47

只看该作者 · 2008-4-27 12:32

只看该作者 · 2008-4-27 16:32

矛盾的

2万 · 2008-4-27 16:46

这样阻抗就不是问题了。

1万 · 2008-4-28 11:31

  刚一看这样的质问，还差点被难倒了－根据以前使用MAXIM的AD的印象里，AD的输入阻抗并不是特别高，大概在 k ohm的数量级。于是专门又去MAXIM的网站，下载了一些AD的手册，包括MAX1393、MAX1276和MAX1226，都是12位的AD。结果它们的输入阻抗，都是几百欧到几千欧。
  所以，我的看法是，STM32的AD输入阻抗可以达到350k ohm，已经相当不错了！
  至于怎么解决问题，我觉得可以把C638的电容值加大，比如用1微法，或许能解决问题。

只看该作者 · 2008-4-28 12:57

  谢谢大家的支持，我现在已经将fAdc的频率降低到了4.1M(主频为11.0592M*3),电池断开时测出的电压为2.0V(乘2后的值), 接入电池后为3.2V左右.后将两个5.3M的电阻改为1M,断开时已经能到0.6V了。我只要能判断出电池电压低就行了，这个测量范围已经基本能满足要求了。
  回楼上ijk ,我这样质问也是为了引起大家的注意，也没有刻意挑毛病的意思，毕竟我已经采用了这个芯片。提出问题，经大家讨论，然后得到解决方法，我觉得对大家都有好处。等等有时间再试试换电容吧。
  ps我觉得芯片资料关于Rain的计算公式可能有误。分子上的ts,我觉得应该是Ts.理由:用ts进行计算，无论如何也得不出下面表中的值，用Ts算，至少从数值上来说是相符了(小数点我不知道怎么排，我算出来差了1000倍).有兴趣的朋友可以算算。

只看该作者 · 2008-4-28 14:05

以前也用过不少AD，如TL2543，Atmega的内部AD, AD73360，从来都比较顺利的.不过以前也不用考虑低耗,另外基本上前级都有运放的,呵呵，吃一堑，长一智。查了一下datasheet,关于输入阻抗,TL2543只有1K，Atmega的不知道为什么可以做到55M(难道偶看错了)，AD73360有25K(也跟频率有关).

1万 · 2008-4-28 14:58

  同意楼上说的：“ps我觉得芯片资料关于Rain的计算公式可能有误。分子上的ts,我觉得应该是Ts.理由:用ts进行计算，无论如何也得不出下面表中的值，用Ts算，至少从数值上来说是相符了(小数点我不知道怎么排，我算出来差了1000倍).有兴趣的朋友可以算算。”  但，我不同意差的倍数是1000倍，而应该差更多。
  其实从量纲的角度来看，STM32的datasheet关于AD输入阻抗格式也是有问题的，因为：R x C x f 所得的结果，刚好是无量纲的数－即跟Ts对应。

  另1方面，我想350k ohm的 RAIN max，其实并不对应于STM32的AD输入阻抗为350k ohm！根据datasheet，它代表：外部被测电路的输出阻抗为350k ohm时，所引起的STM32的AD额外误差小于1/4 LSB。

  假如真是这样，那么楼上将两个5.3M的电阻改为1M，并且把fAdc的频率降低到了4.1M后，所引起的STM32的AD额外误差应该小于1 LSB，但根据楼上描述，问题并非如此！

  所以，我估计楼上的问题来自其它地方，我猜或许是框图30（Figure 30. Typical connection diagram using the ADC）中的电流源造成的。

  ps我觉得框图30有问题：12-bit A/D conversion的框，应该在采样保持电容CADC之后，而不是之前。

1万 · 2008-4-28 15:07

另外，关于AD的电流消耗，我也不同意：“这个电路上消耗的电流就是 3.2/350 = 9.14uA”
因为，如果不启动AD进行转换，那么AD就不应该从被测电路上吸收电流－指在不考虑框图30（Figure 30. Typical connection diagram using the ADC）中的电流源的前提下。

只看该作者 · 2008-4-28 17:19

谢谢ijk 的热心指导，这两年主要在做应用层的开发。现在突然又让我我搞一下底层驱动,觉得挺晕的，其它模块倒是没多大问题，就是这个AD碰到的问题最多，看资料都觉得头晕，什么注入模式啊，规则组啊，以前听都没听到过。ST公司似乎把AD搞的太复杂了，这么多功能真的用的到吗?看起来似乎比专业AD都复杂了。另外我是用DMA采集两路信号，并把DMA方式设为NORMAL的。每次DMA采集完成后重新初始化ADC和DMA.就这样连续采，我发现偶尔会出现通道数据填错的现象.但愿是我程序问题，附上我以前做过的实验数据。
  定义了五个变量
  uint16 wTestMaxLi = 0x0000,wTestMaxNH = 0x0000;
  uint16 wTestMinLi = 0xFFFF,wTestMinNH = 0xFFFF;
  uint32 dwADDMACnt = 0;                        //记录DMA AD转换次数
图1:
https://bbs.21ic.com/upfiles/img/20076/200761317411202.jpg
正常情况下 wTestMaxLi和wTestMin的值应该1800多，而wTestMaxLi 和wTestMinNH的值应该在1300多，图1的的第一张图中可见，ADC经过194W次的DMA采样后，还是正常.但是在198W处时出现了问题，说明在这之间曾经出现过两者数据交换的现象。因为我的AD值可以预期，后来的实验，我加了比较语句为了加断点，可以跟踪异常。
        if(g_BatteryADValues.wLiValue < 1400)
        {

            wTestMinLi = wTestMinLi;
        }
        if(g_BatteryADValues.wNHValue > 1800)
        {
            wTestMaxNH = wTestMaxNH;
        }
其中 g_BatteryADValues.wLiValue 和g_BatteryADValues.wNHValue放的是当前值.就在两个if中语句中加入了断点，只要停下来就说明有异常产生，得出如下的数据
https://bbs.21ic.com/upfiles/img/20076/2007613172333145.jpg

原因还在查找中，这些数据是一个多月前测的，因为测电池电压功能不是项目重点及难点，故留到最后解决。现在应该是到了最后吧，争取这两天解决.呵呵, 其实将就着用用也是可以的,加几个点滤波应该能滤掉的。

只看该作者 · 2008-4-28 18:12

居然只能贴一张图
//该值必须大于6
#define BatteryADValueFlitNum    10
typedef struct
{
    uint16 wValues[BatteryADValueFlitNum];
    uint16 wLiValue;            //Li电池AD值
    uint16 wNHValue;            //NH电池AD值
    uint8 BatLi[2];             //Li电池电压值
    uint8 BatNH[2];             //NH电池电压值
    BOOL IsReady;
}CM_BatteryADValues;
CM_BatteryADValues  g_BatteryADValues;

正常时的DMA缓冲数组中的值

2万 · 2008-4-29 08:33

电容式转换，精度高，特别省电

只看该作者 · 2008-4-29 12:35

今天重新整了一下程序，改变了思路，结果不但解决了数据出现错位的问题.无意中居然把前面的问题也解决了，原先怀疑输入阻抗引起的结论是错误的。真正的罪魁祸首是下面这句话:
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
使用连续转换模式，在采用电阻分压取信号并且该分压电阻很大的情况下，容易出现信号被引脚电压淹没的现象。至于该电压为何在连续转换模式下产生，现在我没进一步研究。因为后来我的思路是不用连续转换，结果什么问题都解决了，呵呵。
上午我将Fadc改成16M, 并且Ts设成最小(1.5Cycles),当电池拿掉后，量AD输入口的电压，约为0.04V,已经比较接近零了。接上电池（标准3.0V,满的时候实际为3.2V）后，分压点的电压变成1.52V,读到CPU内部经运算后的电压为1.6V，这个数据实际上已经很好的，因为此时的输入阻抗应该在1.2K以下了.看来应该重新理解一下AD的输入阻抗了。

为什么STM32Fxx的AD输入阻抗这么低

接入地还有1.5V电压怎么解释？

电池电压检测部分

是的，STM32有这个问题

唉，棘手的问题啊

好贴,学习了,

据我经验，用A/D还是带个跟随器可靠些

LS没错，但在要求电池低功耗时就不适合了

延长电容充电时间，试试

输入阻抗大了，ADC速度就该降下去了

楼主的case完全可以用低速采样

为什么把AD输入设计成这么低的阻抗？

问题基本解决了

呵呵，刚刚查了一下原来其它AD也差不多

再谈STM32的AD输入阻抗

关于AD的电流消耗

呵呵，楼上对这个ADC很有研究

数据结构为

呵呵，要说ADC，还是TI的做的好

找到了AD输入口存在电压的问题

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