读出数据失真问题

登录 · 发表于 2025-1-3 11:24

[i=s] 本帖最后由 cxc168 于 2025-1-3 11:30 编辑 [/i]<br /> <br />

之前一直以为是运放或者ADC电路问题，但随着分析发现并不是，因此开新贴讨论。

原贴：https://bbs.21ic.com/icview-3424214-3-1.html?#pid14410842

环境：

使用的ADC芯片：AD7685BRM

同总线挂载的SPI芯片：AD7685BRM、TPL0501-100DCNR

总线上拉电压：5V

总线从器件到MCU：15cm

其他：总线使用2x5p的线，此外有vcc/gnd/片选信号同属一条线缆（双排母）。

现象：

输入ADC的波形正常，但是MCU从SPI读回的数据有问题，曲线显示异常。

图一：输入ADC的波形

进入ADC的波形.PNG

图二：MCU从SPI读出的数据

从SPI读出的波形.png

图三：SDIO波形1

SDIO波形.PNG

图三：SDIO波形2

SDIO波形2.PNG

图四：SDIO波形3

SDIO波形放大3.PNG

问题似乎出现在SPI总线上，只要合适的晃动或者摆放SPI线，就有几率得到平滑的双峰曲线，另外，使输入的ADC波形幅值减小，100%能够得到光滑的双峰曲线。

图六：光滑曲线

微信截图_20250103112103.png

想不明白的是：

1.为什么输入信号变小了反而不会出现曲线异常，但大信号的时候ADC输入波形没有问题，那么是触发了ADC的什么问题呢？

2.SDIO的波形为什么在1V左右出现了方波突然升到5V左右又有方波？SPI总线是上拉5V了。

3.SDIO的这种有干扰的方波滤除后是否能解决？

发表于 2025-1-3 11:26

[i=s] 本帖最后由 cxc168 于 2025-1-3 11:28 编辑 [/i]<br /> <br />

void AD7685_GetSSP0Data(uint32_t *Data)
{
    // 连续采集SSP0_CYCLE_NUM=8次，将8次相加作为最终的采集值
    uint8_t i;
    *Data = 0;
    for (i = 0; i < SSP0_CYCLE_NUM; i++)
    {
        /* 启动转换 */
        SSP0_SSEL = 1;
        Timer1_us(5);
        SSP0_SSEL = 0;
        *Data += AD7685_SendSSP0Data();
        Timer1_us(5);
    }

    //  *Data >>= 1;
    *Data = (*Data > 0) ? *Data : 1;
}

补充代码，按照芯片要求给足了转换时间和采集间隔。

当然AD7685_SendSSP0Data函数返回类型是uint16_t，是符合16位返回数据大小的。

发表于 2025-1-4 08:42

学习一下

发表于 2025-1-4 10:29

串扰这么严重，每个信号线用地线进行隔离。

发表于 2025-1-4 14:08

SPI总线一般不需要上下拉啊，你还是上个数字电路图吧，你这信号质量有点不忍直视，串扰太严重

发表于 2025-1-4 14:16

你的数字电源和模拟电源网络也可能有问题

发表于 2025-1-4 21:07

zyj9490 发表于 2025-1-4 10:29
串扰这么严重，每个信号线用地线进行隔离。

是的，现在基本上可以确认是串扰导致的采集问题。目前尝试的办法确实都能解决。改电路板的话，要对走线有更多的要求了。目前的想法是增加RC滤波，以及信号线包地处理，因为这一路径只有DIO和CLK是方波信号，其他信号线都是片选用的。

登录 · 发表于 2025-1-4 21:12

sandseas 发表于 2025-1-4 14:08
SPI总线一般不需要上下拉啊，你还是上个数字电路图吧，你这信号质量有点不忍直视，串扰太严重 ...

这是电路原理图，两个SPI挂在同一个总线上，由于ADC是只读，数字电位器是只写，我把MOSI和MISO共用了，在逻辑上它们不会同时启用。即先写数字电位器，然后才读ADC。另外SPI线共计5条，其中2条片选，5条线附近没有其他信号线，只有电源和地，然后直连MCU，距离有15cm长，通过端子线连接的。我看了下以前的设计，我在SPI端子线两边都加了GND，这次没有做这个，即FPC两个GND中间走CLK和SDI线，【GND、CLK、SDI、GND】这样，没有问题，波形正常。

现在不改电路板情况下，只能外加RC滤波，或者用GND线包裹一下。后续改版的话，在电路上增加RC滤波，以及走线上加入GND包裹，应该可以解决。

发表于 2025-1-4 21:16

sandseas 发表于 2025-1-4 14:16
你的数字电源和模拟电源网络也可能有问题

模拟电源和数字电源是隔离的，GND也是，在ADC芯片下方做了分割。目前确定是SPI串扰问题，而且非常严重。那边的应该没什么问题，因为ADC得到的信号曲线重复性很好，至于输入ADC的波形有尖峰，这个想了挺多办法效果都不太好，只能是数字滤波了，这是光电二极管出来的信号。

登录 · 发表于 2025-1-4 21:33

zyj9490 发表于 2025-1-4 10:29
串扰这么严重，每个信号线用地线进行隔离。

这是PCB层面的走线

发表于 2025-1-4 23:53

两层的板子？没有专门的地层？

发表于 2025-1-5 07:26

【建议】
1. ADC 前应有专门设计的抗混叠滤波器。
2. 数字信号的 PCB 走线尽可能短，必要时可能还需要改善 EMC 效果的设计。
3. 数字电路电源 (VDD, DGND) 和模拟电路电源 (VCC, AGND) 在 PCB 上全部分开、单独走线，在电源的输出端处合并。

（高频的）数字信号是强烈的干扰源，在 PCB 上应尽可能缩小散布范围。

发表于 2025-1-5 08:51

本帖最后由 zyj9490 于 2025-1-5 08:57 编辑

cxc168 发表于 2025-1-4 21:33
这是PCB层面的走线

发现严重的问题，SPI线夸层布线，本来分开GND与AGND二个地平面。因此高频回流要流进大环路啊，大忌。SPI作为数字信号，下层作为回流信GND地平面，怎么大部分都在AGND平面呢?

发表于 2025-1-5 17:57

cxc168 发表于 2025-1-4 21:16
模拟电源和数字电源是隔离的，GND也是，在ADC芯片下方做了分割。目前确定是SPI串扰问题，而且非常严重。 ...

没看到你的隔离方式是什么样的，但看你贴的一部分原理图和PCB好像并没有采用隔离器件，不方便贴整体原理图的话，贴一个系统框图看一下

发表于 2025-1-6 08:38

你是DCDC供电吧，噪声咋这么大，再一个把SDIO总线上的上下拉电阻都拆了，SPI、SDIO这种总线设计就是为了每根数据线都是高阻状态没有电流流动，你装上上拉电阻后就会有高频电流流过ADC芯片。

@cxc168 · 发表于 2025-1-6 08:48

再有就是模拟电路要做成孤岛形式，也就是说模拟电路的GND只有一个点和主GND连接，就和一个孤岛一样只有一条路和外界相通，这样就可以避免外界的GND回流电流流过模拟区。

发表于 2025-1-12 06:23

还有一点是关于电源的：
如果用了 DC-DC 电源，其中的电感要用磁路闭合的那种。
否则由电感通过开放的磁场会造成严重的噪声干扰，如工字电感。

发表于 2025-1-12 08:40

完整地平面可以解决大部分问题，并且拿不准的情况下不要区分模拟地和数字地，尽量让这两部分不要交叉即可。

发表于 2025-1-22 14:02

感觉你的不够，应大于要求的采样时间并右余量，否则打信号猜不到或消顶。
转换时间不够会带来结果异常。

[运放] 读出数据失真问题

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