精密模拟微控制器关键特性
Ofweek 2021-12-08

  1 什么是精密模拟

 

  精密模拟微控制器(见图1)将高性能模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)与单芯片处理器和外围设备集成在一起,用来增加对模拟电路的支持。精密模拟微控制器广泛应用于工业、仪表仪器、汽车和通信基础设施等多种应用。例如,电机控制等特殊的应用要求具有支持多个同步脉宽调制(PWM)定时器的特性。这类处理器包括8b(如8051)到32b(如ARM7)内核。

 

  

  图1:精密模拟外围设备决定了这种微控制器的类型,但数字外围设备的对等补充也同样需要。模拟外围设备必须具有的精密度取决于其应用,可从8b闪存ADC到24b Σ-Δ ADC多种范围内选择。从转换速率到电压基准的精度,ADC的许多具体特性都会影响设计工程师的选择

 

  2 含有DAC和ADC就可以构成精密模拟微控制器?

 

  不一定。模拟微控制器的类型和性能的变化范围可能很宽。有些应用不需要高分辨率或高速吞吐率,可以使用基本的模拟微控制器。而另外一些应用需要最高的精度。模拟微控制器的外围设备通常与硬件(例如共享存储器或者直接存储器存取(DMA))集成在一起,以减少主机的开销并同时提高吞吐率。这样能够使主机处理更多的信息或者更快地向外部主机传送信息。

 

 3 什么类型的ADC可包含在精密模拟微控制器中?

 

  可以使用多种方法实现ADC。微控制器中采用的两种常用方法包括Σ-ΔADC和逐次逼近(SAR)型ADC。尽管微控制器中ADC的性能可能随着所使用的转换方法而异,但其分辨率通常是8, 12, 16或者24b。

 

 4 哪些因素会影响ADC的性能和精度?

 

  当我们讨论A D C 时会遇到许多问题,因此我们不能仅考虑分辨率的位(bit)数。线性度、精度、采样速率和混叠现象都会影响转换结果的有效性(见图2)。量化误差和线性误差可能影响实际有效分辨率的位数。这都将影响模数转换结果的有效数字位数。

 

  

  图2:ADC可对模拟输入信号提供一种阶梯状的近似。在这种结果中存在由于温度漂移、线性误差和其它因素引起的误差,从而导致转换结果比实际提供的有效位数减少。

 

 5 模拟的性能或精度会由于其内部紧密靠近受到影响吗?

 

  大多数精密模拟微控制器被设计用来最大程度减少系统中模拟和数字部分之间的任何干扰问题,因为在同一芯片内单独的ADC或DAC将它们的模拟和数字元件隔离。芯片内部模拟和数字单元的紧密靠近减小了对外部射频干扰源的灵敏程度。通常,符合严格的印制(PCB)设计和布线程序(例如适当的电源和接地层的管理),并包含适当的退耦支持更为重要。当您查看性能指标时,一定要小心。有些制造商可能根本不确保模拟性能指标!另外有些制造商仅在非常具体的微控制器工作条件下确保性能指标。

 

  6 当选择精密模拟微控制器时应考虑的关键特性是什么?

 

  首先要考虑模拟性能指标,如ADC、DAC、内置精密基准和放大要求。考察一些细节,例如外围设备的性能在规定的范围温度内如何变化。同样,还要考虑选定芯片中所有的模拟外围设备是否都是您的应用所需要的。其次考虑处理器和其存储器是否互补。

  最后,请不要忽视数字单元的功能。

  上电复位、掉电检测和低功耗工作像其它外围设备、RAM和模拟性能一样重要。采用像片内高精度模拟器件通常无需片外模拟支持一样的方法,甚至像阵列片内功能都可以帮助节省材料清单(BOM)成本。

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