【经验】基于EFM32G232芯片 ADC采样毛刺问题分析以及解决方案

时间： 2019-08-24 来源：世强

技术问答

在JYL-60架空暂态录波型远传故障指示器项目开发过程中，SILICON LABS的EFM32G232 32位MCU作为暂态录波型故障指示器的CPU，发现ADC采样电流或电压数据出现毛刺的情况。下图1为10A掉到0A时的ADC采样波形。

图1 10A->0A的采样波形

此时用示波器测量其芯片输入端AD管脚的波形如下图2所示。

图2 芯片输入端AD管脚波形

通过ADC采样数据和示波器对比可知，输入的硬件信号并没有出现较大的毛刺。另外发生毛刺时同步分析过芯片电源，基本没有波动（仅20mV）。故此问题定位为软件设计或芯片端ADC采样的问题。软件ADC主要配置如下：

/* Init common issues for both single conversion and scan mode */

init.timebase = ADC_TimebaseCalc(0);

init.prescale = ADC_PrescaleCalc(7000000, 0);

scanInit.acqTime = adcAcqTime2;

scanInit.reference = adcRef2V5;

scanInit.input= ADC_SCANCTRL_INPUTMASK_CH2|ADC_SCANCTRL_INPUTMASK_CH6;

可以看到ADC采用7M主频，采样保持时间为adcAcqTime2，扫描模式双通道采样。通过与芯片厂家技术人员交流，并通过测试确认，AD采样值的跳变是由于采样保持时间不够造成的，AD采样的对象输出阻抗的不同要求不同的采样保持时间，输出阻抗越大，需要的采样保持时间越长。

图3 不同采样保持时间下的采样波形

在其他条件不变的情况下，改变其采样保持时间，如图3所示。可以看到在采保时间为adcAcqTime256时，毛刺问题明显改善。在7MHz AD时钟和256 CLK的保持时间下可以消除较大毛刺，但这种由于保持时间达到了256/7M = 36us，这样的话会导致采样时间过长，会出现另外一个问题，设备功耗会在原有的基础上增加400uA，难以满足应用需求。可以尝试降低AD时钟，并减少AcqTime来达到一个平衡，AD时钟可以由init.prescale进行分频，主程序保持不变即可。

对于参考电压，关键在于参考电压的精确和稳定，参考电压纹波一定要小。对于高精度的采样，可选用高精度的外部差分参考电压。

另外，我们在配置AD的时候，AD的前端有一个高频滤波默认的配置是关掉的，可考虑开启滤波，配置如下：

init.lpfMode = adcLPFilterRC。

另外测试过程中还发现，在低功耗模式切换(EM0->EM2)过程中，若未完成ADC转换就进入EM2模式，会导致ADC采样异常。故在进入EM2模式前需要判定采样转换是否完成，但这无疑又增加了芯片的运行功耗。

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