什么时候能用单片机片内ADC，得看这些参数！

只看该作者 · 2023-4-24 15:53

为什么要讲ADC？主要有两个原因：第一个原因是选择困惑，经常看到小伙伴对ADC有疑问，不知道该用MCU内置的ADC，还是单独的ADC；第二个原因是ADC是我们在开发时用到最多的外设功能之一，因为世界是模拟的，越来越多的项目需要测量模拟信号，根据这些信号再去分析、计算等操作，所以如果选一个外设来讲的话，那一定是ADC。

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既然是芯片引脚解读系列，就来看看MCU内部集成ADC的情况。我们以ST的MCU为例，像STM32F412中集成的是1个16通道的12位，2.4MSPS ADC，也有一些是集成2个、3个ADC的，STM32H750上就集成了3个16位，3.6MSPS速率的ADC。一般来说，集成的ADC的性能强弱和本身MCU性能有很大关系。

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MCU内置的ADC引脚大多是和GPIO口复用的，16通道就是要有16个模拟输入信号引脚。除了输入引脚之外，还有专门的ADC电源和地，也是我们之前讲过的VDDA和VSSA。VDDA可以通过隔离器件接到VDD，也可以单独使用基准电源芯片供电，这个根据ADC转换要求选择，一般都是接到VDD。

只看该作者 · 2023-4-24 15:54

在使用内置ADC的时候，需要注意datasheet中相关的内容，比如下面这个表里的表示ADC动态性能参数，ENOB代表的是有效位数，SIAND信号与噪声失真比。

只看该作者 · 2023-4-24 15:54

下面就从性能、设计难度、成本几个维度，给大家分析一下片内ADC和独立ADC之间的区别。

首先说一下性能，说实在的，内置ADC的性能提升从一些方面来说，是被框死的。ADC是模拟外设，而MCU主要是数字半导体而且速度很重要，MCU使用的混合信号技术很难为了提高模拟功能而去牺牲数字速度。

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另外，ADC需要内部参考电压，去和模拟输入信号的电压电平做对比，这个参考电压要么来自MCU电源VDD，要么从一个专用的引脚引入。ADC输出精度很大程度上取决于稳定的参考电压，因此需要在MCU内部把这个参考电源和数字逻辑分开隔离，以最大限度地减少噪声干扰。虽然外部专用参考电压引脚可以提供更好的隔离，但仍然会受到通过MCU切换的高速数字信号的一些小干扰，这对测量小电压时非常重要，很可能会因为参考电压噪声，而丢失信号。

那么，是不是可以使用更高的参考电压来最大限度地减少噪声的影响？当然可以，但要在测量低电压时保持相同的精度，就势必要提高分辨率、位数。这会增加芯片上ADC的面积，并增加ADC在生产中的测试时间，MCU的成本无疑会增加很多。所以，内置ADC的性能提升从很多方面是被限制的。

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再来看一下独立的ADC性能有多强，模拟大厂ADI的高速的ADC最多的位数可以达到32位，采样速率最快可以达到10GSPS。10Gsps对比MCU几M的速率，大家想想，也就是飞机和蜗牛的速度吧。

当然，性能高并不代表一定合适。所以还需要多考虑。将ADC和MCU集成就意味着省了一颗芯片的面积，占用电路板的空间更小。而从价格上来看，带有集成ADC的MCU的价格肯定是低于MCU和独立ADC的组合价格，性能高的ADC芯片价格可比MCU要美丽多了。

只看该作者 · 2023-4-24 15:55

什么情况下，我们去选择MCU内置的ADC呢？这主要看内置ADC的精度、输入通道数和速度等参数是否满足我们的设计要求。如果满足设计要求，比如简单的低分辨率的，就可以直接使用内置ADC，这样既降低了硬件成本，又降低了设计复杂度。

那不满足的时候，比如一些精密的应用场合，我们就要去选择独立的ADC芯片了。选择的标准基本和内置ADC的选择标准一样，只不过外加独立ADC的时候，还需要考虑与单片机的数字接口，常用的有IIC、SPI、并口等接口。