为什么MCU在ADC采样时IO口有毛刺？

只看该作者 · 2023-12-21 10:18

大家在使用MCU内部ADC进行信号采样一个静态电压时，可能在IO口上看到这样的波形。这个时候大家一般会认识是信号源有问题，但仔细观察会发现这个毛刺的频率是和ADC触发频率一样的。

那么为什么MCU在ADC采样时IO口会出现毛刺呢？这个毛刺对结果有什么影响吗？让我们一起研究下。首先我们先看下GD32 MCU的ADC内部采样电路的原理示意图（仅举例），这个电路很简单，MCU采样保持电路可以等效为一个开关、一个采样电阻和采样电容，当然了后面还有逐次逼近式的转换电路。

所以当开关闭合时，外部的信号会通过开关经过采样电阻对采样电容进行充电或放电，此时会导致外部电压瞬间变化，这个过程内部电压和外部电压的变化可以等效为如下图所示。

从波形图里可以看到是一个向下的毛刺，当然如果ADC在扫描模式采样多个信号时，也可能出现电容对外放电，则会出现向上的毛刺，比如下图这个波形。

这个毛刺对结果有什么影响吗？这个需要根据这个ADC通道所配置的采样保持时间来判断了。我们可以用程序配置的采样保持周期和ADC时钟计算出ADC采样开启的时间。如果从毛刺产生时刻开始，经过采样开启时间后电压已经恢复平稳，那么此时这个平稳的电压和ADC采样电容上的电压一致，接下来的ADC转换也就能得到正确的结果。如果采样时间结束时信号还在毛刺阶段，则采样结果就会出现偏大或偏小。

那么如何从软硬件方面优化MCU的ADC性能？发散思维一下。
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只看该作者 · 2025-2-27 03:04

外部的信号会通过开关经过采样电阻对采样电容进行充电或放电

只看该作者 · 2025-2-18 17:35

adc采样期间，io端口出现毛刺，增加滤波电容或滤波算法

只看该作者 · 2025-2-15 06:17

一定要加一个滤波电路来调整波形

只看该作者 · 2025-2-11 17:12

如果有故障，是否需要过滤？

只看该作者 · 2025-2-8 09:13

可以通过外部硬件电路和配置ADC采样频率来降低该毛刺现象

只看该作者 · 2025-2-5 23:13

加个滤波电容会不会更好？

1万 · 2025-1-24 20:42

采样稳定中的毛刺

只看该作者 · 2025-1-24 09:46

该阶段将增加采样时间，以将采样电容充电至正确的电位。,,

只看该作者 · 2025-1-21 16:24

过来学习一下

只看该作者 · 2025-1-19 20:11

由一堆串联电阻实现的t adc，

只看该作者 · 2025-1-19 15:33

这个小故障能从软件上避免吗？

只看该作者 · 2025-1-17 20:21

变相增加采样时间，将采样电容充电到正确的电位。

只看该作者 · 2025-1-16 23:07

这个问题是前段时间发现的。那时候电源线也会周期性的出现。我以为是供电问题。

只看该作者 · 2025-1-14 08:15

物理定位那些需要连续翻转的数字i/o，使其远离adc采样通道。

只看该作者 · 2024-12-4 23:40

因为adc的输入引脚有一个采样电容，

只看该作者 · 2024-12-2 15:56

如果信号源的阻抗比较高，电容的充放电过程会比较慢，从而容易产生毛刺。如果信号源阻抗较低，电容充电的过程较快，毛刺会比较小或几乎没有。

只看该作者 · 2024-12-2 15:55

ADC的开关并不是一个理想的“开/关”开关。当开关关闭时，电容和采样电阻相当于把外部信号源和内部电路连接起来，这可能引起外部信号在短时间内发生电压波动，表现为一个瞬间的毛刺。

电容充电过程：当开关闭合时，采样电容开始充电或放电，以便跟随外部信号的电压变化。如果信号源的阻抗较高或电容较大，电容充电的速度可能较慢，导致采样过程中电压波动较为显著。

只看该作者 · 2024-12-2 15:54

在很多MCU中，ADC采样电路的工作原理可以简化为一个开关、电阻和电容的组合。具体来说，ADC的采样保持电路大致可以等效为以下结构：

开关：控制信号源和采样电容之间的连接。
采样电阻：在一定程度上决定了信号源的阻抗。
采样电容：用于在ADC转换开始时保持输入信号的电压。
当ADC触发开始采样时，开关闭合，外部信号会通过采样电阻充电或放电到采样电容。这一过程使得电容的电压逐渐跟随外部信号变化，直到电容电压稳定并准备好进行ADC的转换。