【经验】8位单片机EFM8系列的ADC对参考电压Vref引脚设计要求
SILICON LABS的8位单片机EFM8系列，具有处理速度快、集成度高、外设丰富、体积小等优势，得到广泛应用。其中高性能模拟外设是EFM8系列芯片的一个重要特点。如 EFM8LB系列具有900 Ksps 的 14 位 ADC 和 1 Msps 的 12 位 ADC，内置高精度温度传感器，这些设备可降低系统成本并简化设计。
在使用EFM8系列MCU的ADC功能时，往往会忽略参考电压引脚Vref的设计，导致ADC采集的数据出现较大偏差。参考电压使用时，有什么需要注意的地方呢？
图1 EFM8BB3参考电压结构图
如图1所示，EFM8BB3系列的ADC参考电压可以选择VDD、内部LDO（1.8V）、内部1.65V、内部1.2/2.4V、Vref引脚外部输出（注意，EFM8系列的不同子系列结构略有不同，以DATASHEET为准）。使用内部LDO和内部1.65V参考电压时，直接配置寄存器使用，硬件设计不需要特殊处理。选择VDD作为参考电压输入，只需要保证VDD的稳定性就能保证ADC采集精确。
特别需要注意的是Vref引脚，该引脚和内部参考电压1.2V和2.4V连接。当使用内部1.2V或者2.4V参考电压作为ADC的参考电压时，需要在Vref引脚增加大于0.1uF的电容进行滤波，如图2所示。许多客户忽略的电容的设计，导致内部参考电压产生较大的纹波，影响ADC采集的精度。
图2 Vref引脚输出时电路设计
Vref引脚采用外部电源输入时，电源厂家没有特殊说明时，通常在靠近Vref引脚位置添加4.7uF和0.1uF的电容进行滤波处理。如图3所示，该电路为开发板设计电路，采用10uF和0.1uF电容进行滤波。减少电源噪声干扰，提高ADC的采样精度。
图3 Vref引脚外部电源输入电路设计
EFM8系列单片机的Vref引脚，一般和数字IO口复用，所以在使用该引脚为参考电压引脚时，程序上需要配置为模拟接口，并且被交叉开关跳过。程序如下：
/****************************************************************************/
P0MDIN = P0MDIN_B0__ANALOG | P0MDIN_B1__DIGITAL | P0MDIN_B2__DIGITAL
| P0MDIN_B3__DIGITAL | P0MDIN_B4__DIGITAL | P0MDIN_B5__DIGITAL
| P0MDIN_B6__DIGITAL | P0MDIN_B7__DIGITAL;
//P0.0设置为模拟接口
P0SKIP = P0SKIP_B0__SKIPPED | P0SKIP_B1__NOT_SKIPPED
| P0SKIP_B2__NOT_SKIPPED | P0SKIP_B3__NOT_SKIPPED
| P0SKIP_B4__NOT_SKIPPED | P0SKIP_B5__NOT_SKIPPED
| P0SKIP_B6__NOT_SKIPPED | P0SKIP_B7__NOT_SKIPPED;
//P0.0交叉开关设置为SKIP
REF0CN = REF0CN_VREFSL__VREF_2P4; //Vref引脚为内部2.4V参考电压
/****************************************************************************/
此外，参考电压Vref引脚在上电时，为了尽快将电压升到参考电压，会对外部电容进行快速充电，当达到参考电压值时，由于无法快速吸收电流，导致电压会继续上升，然后经过一段时间放电才能稳定在参考电压值。参考电压Vref变化波形如图4所示。Datasheet上有说明，Vref引脚接4.7uF+0.1uF电容时，上电稳定时间为3ms；Vref引脚接0.1uF电容时，上电稳定时间为100uS。所以在上电的这段时间，进行ADC采集，将获得错误的采样值。
图4 Vref引脚上电电压波形图
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产品型号
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品类
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MCU Core
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Dig I/O Pins
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5 Volt Tolerant
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ADC 1
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USB
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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PCA Channels
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Comparators
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UART
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SPI
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I2C
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EMIF
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CAN
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LIN
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
|
Package Size (mm)
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Internal Osc.
|
VREF
|
Debug Interface
|
Temperature Range (ºC)
|
|
EFM8UB20F64G-QFP48
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Microcontroller
|
8051
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48
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64
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4
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40
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5 Volt Tolerant
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10-bit, 32-ch.
|
USB
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Temp Sensor
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6
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5
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2
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2
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1
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2
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1
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0
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0
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2.7
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5.25
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QFP48
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7x7
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±1.5
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VREF
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C2
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-40 to 85
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产品型号
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品类
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系列
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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PCA Channels
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DAC
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Comparators
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UART
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SPI
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I2C
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HS I2C Slave
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EMIF
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CAN
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LIN
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VREF
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Debug Interface
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8位MCU
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C8051F39x Small Form Factor
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3.6
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QFN20
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品类：Wireless Gecko SoC
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