HPM6000系列 ADC 相关硬件设计教程
本文将为大家展示国产芯片hpm6000系列adc性能出色的测试结果并为您提供了与hpm6000系列微控制器的模数转换器adc相关的外部电路设计建议。
在hpm6700/6400系列微控制器上，提供了3个12位adc和1个16位adc。在hpm6300系列微控制器上，提供了3个16位adc。在使用到ad转换的应用中，adc的精度会影响到整个应用系统的性能。adc的精度并不仅仅取决于模数转换器本身，也与微控制器的外部电路设计有关。
adc外部电路设计
hpm6000系列高性能mcu的模数转换器adc的供电和参考相关引脚总结如下：
表1. adc的供电和参考引脚
本章节主要提供了adc的供电和参考引脚的硬件设计建议。
1. adc的供电
vana为adc的模拟供电引脚，vana上的噪声有可能影响到adc的精度。因此建议用户设计电路时，对hpm6000系列微控制器的vana引脚谨慎处理。如条件允许，应采用单独的线性稳压器对vana供电。推荐用户选择3.3v输出、供电电流大于50ma的ldo。
图1. vana供电首选方案
如上图所示，hpm6000系列高性能微控制器支持单3.3v供电，可以对所有供电引脚提供统一的3.3v，对以下电源供电引脚：
dcdc_in，片上dcdc的供电引脚，片内dcdc提供1.1v的核心电压输出
vpmc，电源管理域的外设供电引脚
vio_bxx，各个io bank的供电引脚
这些供电引脚提供了微控制器整体功耗的主要部分，因此推荐用户使用效率更高的dcdc开关电源为之供电，对于不同系列产品，电源设计输出电流应有不小于1a的输出能力。
vana的供电建议与其他电源引脚供电分开，以降低开关电源的噪声对模拟电路的影响，建议使用输出纹波更小的线性稳压器ldo对vana供电，并在尽可能靠近vana引脚的位置，并联1个4.7uf和1个0.1uf的电容用于滤波，注意电容应连接到模拟地。
用户如果出于种种因素，没有条件实现使用单独的线性稳压器对vana供电，可以参考下图的次选方案：
图2. vana供电次选方案
vana应当通过0欧姆的电阻或磁珠单点连接到微控制器的3.3v供电电源，并在尽可能靠近vana引脚的位置，并联1个4.7uf和1个0.1uf的电容到模拟地用于滤波。vana供电的次选方案对电源噪声相比推荐方案稍敏感，但是用到的电源器件较为节省，如果用户对adc的性能要求不严格，可以采用次选供电方案。
2. adc的参考
vrefh是模数转换器adc的高位参考电压输入。vrefh的稳定直接影响到adc的转换精度和抗噪声特性。建议用户采用独立的基准电压模块，提供vrefh，如下图所示：
图3. vrefh首选方案
建议用户使用外部的基准电压模块提供vrefh，并在尽可能靠近vrefh引脚的位置，并联1个4.7uf和1个0.1uf的电容到模拟地用于滤波。
注意，vrefh的电压不要超过vana的供电电压。
vrefl是adc的低位参考电压，建议直接连接到模拟地，模拟地应当通过0欧姆的电阻单点与数字地连接。
如果出于成本考虑，不使用外部基准电压模块，用户可以参考以下vrefh次选方案：
图4. vrefh次选方案
vrefh应当通过0欧姆的电阻或磁珠单点连接到微控制器的vana，并在尽可能靠近vrefh引脚的位置，并联1个4.7uf和1个0.1uf的电容到模拟地用于滤波。
vrefl是adc的低位参考电压，建议直接连接到模拟地，模拟地应当通过0欧姆的电阻单点与数字地连接。
3.adc的模拟信号输入
adc的模拟信号输入线路上引入的噪声会对adc的转换精度造成影响，用户可以采取以下措施，尽可能消除输入信号的噪音：
尽可能减短输入信号线路的长度。
避免在模拟信号线平行布置数字信号线路。
如果条件允许，可以在模拟信号线两侧布置地线用作屏蔽。
考虑在靠近adc输入引脚的位置添加外部rc滤波器，注意rc滤波器的截止频率应 高于应用关心的adc模拟输入信号的频率。
图5. 模拟信号输入推荐
总 结
本文提供了hpm6000系列微控制器模数转换器adc相关的硬件设计指南，adc的参考电压和模拟供电质量直接关系到adc的转换精度。建议用户根据应用的adc转换精度要求，在以下几种参考方案中，选择合适的。
图6. adc供电和参考连接方案总结
如上图所示，建议用户使用独立的线性稳压器产生vana供电，独立的外部基准电压生成vrefh参考，以此获得最优的adc转换精度。也可以考虑使用独立线性稳压器产生vana和vrefh。性能最优的参考方案（前者），相比性能次优的参考方案（后者），adc转换结果噪声降低可达约5%~10%。
对于adc转换精度要求不严格的用户，可以使用开关电源dcdc产生mcu的全部供电。这个成本最优的参考方案，相比性能最优和性能次优的方案，adc转换结果噪声增加可达20%~50%。
注意，adc的转换精度受多种因素影响，各推荐方案及其效果仅供参考，建议用户根据自身应用对adc的要求，选择合适的方案。
上图是hpm6750微控制器采用16位adc（adc3）以1msps采样率，对1.8v输入进行2万多次转换的转换结果。vrefh由外部基准电压提供，可以看到，转换结果的跳动幅度为+/-35lsb（~1.5mv）。所有转换结果的标准差为~5.58lsb。
上图是hpm6750的16位adc(adc3)，采用标准测试方法，测试差分非线性（dnl）和积分非线性（inl）的测试结果。结果显示其16位adc的dnl为-0.9/+1 lsb，inl为-5.2/+3.1 lsb。有兴趣的读者可以访问先楫半导体官方网站查阅hpm6700/6400系列微控制器数据手册，获取完整的adc电气特性参数。
以上为本期内容，如果您有想了解关于 hpm6000系列的其他内容，欢迎私信小编，后期会推出更多相关内容哦！
Project Astra将为Kubernetes提供强大的数据服务平台
博捷芯划片机的技术分解
什么是能源之星
CPU与GPU整合势能加速 风险诱惑并存
凌壹科技EC3-SKYUT-6CD8嵌入式主板分析
HPM6000系列 ADC 相关硬件设计教程
PCI Express架构QA问题解答
CAN总线在汽车ECU中的作用
电感电容、谐振器和振荡器的Q值
罗德与施瓦茨和华为共同完成4.5G移动通信下行传输速率测试
魅族flyme6你用了吗？one mind魅族粉亲测好用！
使用光流 + CNN的方法来预测车辆的速度
触摸传感器DIY图解
python程序文件扩展名主要有哪两种
用于检测煤气泄漏的传感器应用介绍
目前市场上应用最广泛的陶瓷patch天线概述
Giroptic为iPhone推出iO全景摄像头，支持全景直播
苹果卖不动了？真相是iPhone打破了历史销售记录！
深刻解读动力电池梯级利用技术规范
具二维亚铁磁性石墨烯系统首次合成
在hpm6700/6400系列微控制器上，提供了3个12位adc和1个16位adc。在hpm6300系列微控制器上，提供了3个16位adc。在使用到ad转换的应用中，adc的精度会影响到整个应用系统的性能。adc的精度并不仅仅取决于模数转换器本身，也与微控制器的外部电路设计有关。
adc外部电路设计
hpm6000系列高性能mcu的模数转换器adc的供电和参考相关引脚总结如下：
表1. adc的供电和参考引脚
本章节主要提供了adc的供电和参考引脚的硬件设计建议。
1. adc的供电
vana为adc的模拟供电引脚，vana上的噪声有可能影响到adc的精度。因此建议用户设计电路时，对hpm6000系列微控制器的vana引脚谨慎处理。如条件允许，应采用单独的线性稳压器对vana供电。推荐用户选择3.3v输出、供电电流大于50ma的ldo。
图1. vana供电首选方案
如上图所示，hpm6000系列高性能微控制器支持单3.3v供电，可以对所有供电引脚提供统一的3.3v，对以下电源供电引脚：
dcdc_in，片上dcdc的供电引脚，片内dcdc提供1.1v的核心电压输出
vpmc，电源管理域的外设供电引脚
vio_bxx，各个io bank的供电引脚
这些供电引脚提供了微控制器整体功耗的主要部分，因此推荐用户使用效率更高的dcdc开关电源为之供电，对于不同系列产品，电源设计输出电流应有不小于1a的输出能力。
vana的供电建议与其他电源引脚供电分开，以降低开关电源的噪声对模拟电路的影响，建议使用输出纹波更小的线性稳压器ldo对vana供电，并在尽可能靠近vana引脚的位置，并联1个4.7uf和1个0.1uf的电容用于滤波，注意电容应连接到模拟地。
用户如果出于种种因素，没有条件实现使用单独的线性稳压器对vana供电，可以参考下图的次选方案：
图2. vana供电次选方案
vana应当通过0欧姆的电阻或磁珠单点连接到微控制器的3.3v供电电源，并在尽可能靠近vana引脚的位置，并联1个4.7uf和1个0.1uf的电容到模拟地用于滤波。vana供电的次选方案对电源噪声相比推荐方案稍敏感，但是用到的电源器件较为节省，如果用户对adc的性能要求不严格，可以采用次选供电方案。
2. adc的参考
vrefh是模数转换器adc的高位参考电压输入。vrefh的稳定直接影响到adc的转换精度和抗噪声特性。建议用户采用独立的基准电压模块，提供vrefh，如下图所示：
图3. vrefh首选方案
建议用户使用外部的基准电压模块提供vrefh，并在尽可能靠近vrefh引脚的位置，并联1个4.7uf和1个0.1uf的电容到模拟地用于滤波。
注意，vrefh的电压不要超过vana的供电电压。
vrefl是adc的低位参考电压，建议直接连接到模拟地，模拟地应当通过0欧姆的电阻单点与数字地连接。
如果出于成本考虑，不使用外部基准电压模块，用户可以参考以下vrefh次选方案：
图4. vrefh次选方案
vrefh应当通过0欧姆的电阻或磁珠单点连接到微控制器的vana，并在尽可能靠近vrefh引脚的位置，并联1个4.7uf和1个0.1uf的电容到模拟地用于滤波。
vrefl是adc的低位参考电压，建议直接连接到模拟地，模拟地应当通过0欧姆的电阻单点与数字地连接。
3.adc的模拟信号输入
adc的模拟信号输入线路上引入的噪声会对adc的转换精度造成影响，用户可以采取以下措施，尽可能消除输入信号的噪音：
尽可能减短输入信号线路的长度。
避免在模拟信号线平行布置数字信号线路。
如果条件允许，可以在模拟信号线两侧布置地线用作屏蔽。
考虑在靠近adc输入引脚的位置添加外部rc滤波器，注意rc滤波器的截止频率应 高于应用关心的adc模拟输入信号的频率。
图5. 模拟信号输入推荐
总 结
本文提供了hpm6000系列微控制器模数转换器adc相关的硬件设计指南，adc的参考电压和模拟供电质量直接关系到adc的转换精度。建议用户根据应用的adc转换精度要求，在以下几种参考方案中，选择合适的。
图6. adc供电和参考连接方案总结
如上图所示，建议用户使用独立的线性稳压器产生vana供电，独立的外部基准电压生成vrefh参考，以此获得最优的adc转换精度。也可以考虑使用独立线性稳压器产生vana和vrefh。性能最优的参考方案（前者），相比性能次优的参考方案（后者），adc转换结果噪声降低可达约5%~10%。
对于adc转换精度要求不严格的用户，可以使用开关电源dcdc产生mcu的全部供电。这个成本最优的参考方案，相比性能最优和性能次优的方案，adc转换结果噪声增加可达20%~50%。
注意，adc的转换精度受多种因素影响，各推荐方案及其效果仅供参考，建议用户根据自身应用对adc的要求，选择合适的方案。
上图是hpm6750微控制器采用16位adc（adc3）以1msps采样率，对1.8v输入进行2万多次转换的转换结果。vrefh由外部基准电压提供，可以看到，转换结果的跳动幅度为+/-35lsb（~1.5mv）。所有转换结果的标准差为~5.58lsb。
上图是hpm6750的16位adc(adc3)，采用标准测试方法，测试差分非线性（dnl）和积分非线性（inl）的测试结果。结果显示其16位adc的dnl为-0.9/+1 lsb，inl为-5.2/+3.1 lsb。有兴趣的读者可以访问先楫半导体官方网站查阅hpm6700/6400系列微控制器数据手册，获取完整的adc电气特性参数。
以上为本期内容，如果您有想了解关于 hpm6000系列的其他内容，欢迎私信小编，后期会推出更多相关内容哦！
Project Astra将为Kubernetes提供强大的数据服务平台
博捷芯划片机的技术分解
什么是能源之星
CPU与GPU整合势能加速 风险诱惑并存
凌壹科技EC3-SKYUT-6CD8嵌入式主板分析
HPM6000系列 ADC 相关硬件设计教程
PCI Express架构QA问题解答
CAN总线在汽车ECU中的作用
电感电容、谐振器和振荡器的Q值
罗德与施瓦茨和华为共同完成4.5G移动通信下行传输速率测试
魅族flyme6你用了吗？one mind魅族粉亲测好用！
使用光流 + CNN的方法来预测车辆的速度
触摸传感器DIY图解
python程序文件扩展名主要有哪两种
用于检测煤气泄漏的传感器应用介绍
目前市场上应用最广泛的陶瓷patch天线概述
Giroptic为iPhone推出iO全景摄像头，支持全景直播
苹果卖不动了？真相是iPhone打破了历史销售记录！
深刻解读动力电池梯级利用技术规范
具二维亚铁磁性石墨烯系统首次合成