STM32G4系列MCU的ADC模块标定方法和采样时间

目录

概述

1 ADC模块标定

1.1 功能介绍

1.2 软件程序校准ADC

1.2.1 标定步骤

1.2.2 标定时序框图

1.3 软件程序重新注入校准因子到ADC

1.3.1 标定步骤

1.3.2 更新ADC校准因子

1.4 用单个ADC转换单端和差分模拟输入

1.4.1 标定流程

1.4.2 混合单端和差分通道

2 通道可编程采样时间（SMPR1, SMPR2）

2.1 采样时间介绍

2.2 计算采样时间方法

2.3 采样约束

2.3.1 对采样时间的约束

2.3.2 灯泡取样模

2.3.3 灯泡模式时序图

3 采样时间控制触发方式

4 ADC时序

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概述

本文主要介绍STM32G4系列MCU ADC采样标定的功能，包括功能介绍，标定ADC模块的类型，标定步骤，还介绍了ADC采样时间的相关内容。

1 ADC模块标定

1.1 功能介绍

每个ADC提供一个自动校准程序，驱动所有校准 序列，包括ADC的上/下电序列。在此过程中，ADC 计算一个校准因子，该因子为7位宽，并在ADC内部应用于 ，直到下一次ADC断电。在校准过程中，应用程序不得使用 ADC，必须等待校准完成。

校准是任何ADC操作的基础。它消除了可能因工艺或带隙变化而从芯片到芯片变化 的偏移误差。

用于单端输入转换的校准因子与用于差分输入转换的 因子不同：

1） 在启动要应用于单端输入转换的校准之前，写入ADCALDIF = 0。

2） 在启动要应用于差分输入转换的校准之前，写入ADCALDIF = 1。

然后通过设置位ADCAL = 1由软件启动校准。校准只能在禁用ADC （ADEN = 0）时 启动，在所有 校准序列中ADCAL位保持为1。然后，一旦校准完成，硬件就会清除它。在 这个时候，相关的校准因子存储在模拟ADC内部，也存储在 位CALFACT_S[6:0]或CALFACT_D[6:0]的ADC_CALFACT寄存器（取决于 单端或差分输入校准）

如果禁用ADC (ADEN = 0)，则保留内部模拟校准。但是，如果 ADC长时间禁用，则建议在重新启用ADC之前运行一个新的校准周期 。

每次拔掉ADC的电源（例如，当产品进入待机或VBAT模式时， ）都会丢失内部模拟校准。在这种情况下，为了避免花费时间 重新校准ADC，可以在不重新校准的情况下将校准因子重新写入ADC_CALFACT 寄存器中，假设软件先前已保存了先前校准期间提供的 校准因子。

如果ADC开启但未转换（ADEN = 1， ADSTART = 0, JADSTART = 0），则可以写入校准因子，然后在下一次转换开始时，将校准因子 自动注入模拟ADC。这种加载是透明的，不会 在转换开始时增加任何周期延迟。当VREF+电压变化超过10%时，建议重新校准 。

1.2 软件程序校准ADC

1.2.1 标定步骤

1） 确保DEEPPWD = 0, ADVREGEN = 1，并且ADC稳压器启动时间已经过去。

2） 确保ADEN = 0。

3） 通过设置ADCALDIF = 0（单端输入）或ADCALDIF = 1（差分输入）来选择此校准的输入模式。

4） 设置ADCAL。

5） 等待直到ADCAL = 0。

6）校准因子可以从ADC_CALFACT寄存器中读取。

1.2.2 标定时序框图

1.3 软件程序重新注入校准因子到ADC

1.3.1 标定步骤

1) 确保ADEN = 1, ADSTART = 0和JADSTART = 0（启用ADC并且没有 转换正在进行）。

2) 用新的校准因子编写CALFACT_S和CALFACT_D。

3) 当转换启动时，只有当内部模拟校准因子与存储在单端输入通道 CALFACT_S或差分输入 通道CALFACT_D位中的校准因子不同时，才会将校准因子注入模拟ADC 。

1.3.2 更新ADC校准因子

1.4 用单个ADC转换单端和差分模拟输入

1.4.1 标定流程

如果ADC要转换差分和单端输入，则必须执行两次校准 ，一次是ADCALDIF = 0，另一次是ADCALDIF = 1。步骤如下 ：

1） 关闭ADC

2） 在单端输入模式下校准ADC （ADCALDIF = 0）。这将更新 寄存器CALFACT_S[6:0]。

3） 在差分输入模式下校准ADC （ADCALDIF = 1）。这将更新 寄存器CALFACT_D[6:0]。

4） 启用ADC，配置通道并启动转换。每次 从单端到差分输入通道切换（反之亦然）时， 校准会自动注入模拟ADC。

1.4.2 混合单端和差分通道

2 通道可编程采样时间（SMPR1, SMPR2）

2.1 采样时间介绍

在开始转换之前，ADC必须在被测电压源 和ADC的嵌入式采样电容之间建立直接连接。这个 采样时间必须足以使输入电压源将嵌入式 电容器充电到输入电压水平。

每个通道可以用不同的采样时间进行采样，这是可编程的，使用 ADC_SMPR1和ADC寄存器中的SMP[2:0]位。因此，可以在以下采样时间值中选择 ：

总转换时间计算如下：

2.2 计算采样时间方法

一个实例：

如果采样时间配置为： 2.5 ADC clock cycles ，ADC的模块的工作频率为30M Hz，其总体的采样时间为：T= (2.5 + 12.5) ADC clock cycles = 15 ADC clock cycles

换算为时间：

ADC通过设置状态位EOSMP（仅用于 常规转换）来通知采样阶段的结束。

2.3 采样约束

2.3.1 对采样时间的约束

对于每个通道，必须对SMP[2:0]位进行编程，使其符合数据手册中ADC特性部分规定的最小采样时间

2.3.2 灯泡取样模

当在ADC寄存器中设置BULB位时，采样周期在 最后一次ADC转换后立即开始。在ADC_SMPR1寄存器中编程采样 时间后，硬件或软件触发器开始转换。在 启用ADC后，执行第一次ADC转换，并以SMP位编程采样时间。灯泡 模式从第二次转换开始生效。

最大采样时间是有限的（参考 数据表的ADC特性部分）

灯泡模式既不兼容连续转换模式，也不兼容 注入通道转换。

当设置了BULB位时，ADC_CFGR2中不允许设置SMPTRIG位。

2.3.3 灯泡模式时序图

3 采样时间控制触发方式

当设置SMPTRIG位时，通过SMPx位编程的采样时间不适用 。采样时间由触发信号边缘控制。

当选择硬件触发器时，触发信号的每个上升沿开始 采样周期。下降沿结束采样周期并开始转换。 EXTEN[1:0]位必须设置为01。没有定义上升和下降 边的硬件触发器（一个脉冲事件）不能在灯泡模式下使用。

当选择软件触发器时，软件触发器不是ADC_CR 中的ADSTART位，而是SWTRIG位。必须设置SWTRIG位才能开始采样周期，必须清除 SWTRIG位才能结束采样周期并开始转换。EXTEN[1:0]位必须设置为00。

最大采样时间是有限的（参考 数据表的ADC特性部分）。

该模式既不兼容连续转换模式，也不兼容注入 通道转换。

设置SMPTRIG bit时，不允许设置BULB bit。

4 ADC时序

转换开始和转换结束之间所经过的时间是 配置的采样时间加上取决于数据分辨率的连续近似时间的总和：

模数转换时间：