基于ADC技术的MCU系统数据采集方案

求之间的过长时间会导致更多的跟踪时间。为了解决这个问题，Silicon Labs MCU系列产品提供在转换请求之间关闭跟踪电路的功能，从而 可降低系统功耗。

ADC转换吞吐速率是转换请求的频率，通常命名为符号Fs.最大吞吐速率的设定通常由ADC的最小跟踪时间以及最小转换时间限定。恒定的吞吐速率是通过发送同样时间间隔的转换请求流来实现的。对于管理两个关键的计时任务来说，可配置的ADC时钟系统是必不可少的。

计 时任务之一是生成用于转换周期期间的时钟，用于执行SAR算法。与转换周期相关的 SAR时钟（SARCLK）通常来自MCU系统时钟。SARCLK的可配性需要适应MCU系统时钟，时钟频率范围从不到1MHz到超过100MHz.由于 ADC内部的比较器设计，将产生SAR转换逻辑被定时的最大速率。系统设计人员必须小心配置SARCLK频率，避免超过其最大时钟速率规格。另一个计时任 务是生成转换请求采样速率，其不能超过给定适当转换周期配置的ADC转换器的最大吞吐速率。

孔径抖动和延迟

转 换启动请求信号可以看作是采样时钟，因此它决定ADC采样和保持电路实际捕获输入信 号的时间点。当配置ADC转换请求时基时，需要考虑与采样和保持电路相关的规格，即孔径抖动和孔径延迟。这两个规格影响输入信号采样的精确度，因为输入信 号相对于孔径时间延迟在不断快速变化，如图2所示。

图2:孔径抖动和延迟

孔 径抖动在生成转换启动信号的时钟系统和其他电路中将导致误差（即时钟抖动），同时孔 径延迟导致转换启动信号和采样开关之间电路延迟。孔径抖动在数据采集系统中会引入噪声和失真。孔径延迟可以由MCU设计人员内部管理，使其最小化，以避免 由于长延迟而增加更多抖动的风险。孔径延迟在数据采集系统中引起延迟误差。太长的孔径延迟类似于水池在"水池满"信号发出之前就开始溢出。

由 于上述原因，需要精确的时基用于产生稳定的转换启动请求时序。MCU提供一系列板上 时钟或外部时钟源作为系统时钟选择。系统设计人员必须仔细选择具有足够精度的时钟源，以满足其数据采集系统的需求。对于高速输入源，需要非常精确的晶体振 荡器。另一方面，直流（DC）或慢速输入可以更好地容忍时钟系统错误，但仍然需要在转换之间保留足够的稳定时间。

突发模式特性

Silicon Labs MCU 系列产品中两个特别有用的特性是突发模式和标记跟踪 模式。突发模式根据可编程的连续ADC转换数量生成累积的或平均结果，所有触发来自一个转换请求。标记跟踪模式通过改变转换启动请求操作来分担MCU系统 所需的跟踪时间管理。通常，转换启动标记在跟踪周期终点和转换周期起点。但在标记跟踪模式中，转换启动请求却在跟踪周期起点触发，然后持续一段时间，此时 长为基于预配置的SARADC时钟周期的可编程时长，最后才开始转换。带有标记跟踪的触发模式可为低频运行的MCU在单MCU时钟循环中获得累积的ADC 结果，因此减少系统循环数和降低功耗，如图3所示。

图3:ADC突发模式，在单个系统时钟循环下实现4个数据累加。

ADC数据窗口

Silicon Labs 8 位和32位混合信号MCU具有ADC输出数据窗口比较 器。ADC输出数据与可编程的高低限制进行比较，并可为ADC输出数据在设定的门限值内、外、高或低自动生成可编程中断。使用数据窗口比较器，设计人员能 够配置ADC来自动检查"水池满"液面监测器输入，直到数据窗口比较器发出一个中断信号给MCU程序为止。当触发中断时，MCU可以中断当前执行的任务并 切换到严密控制水池系统的任务中。