MSP430X32X微控制器的片内A/D
TI的MSP430系列微控制器
TI公司的MSP430系列微控制器包含430X11X、430X31X、430X32X、430X33X等几种型号。可根据不同的应用目标作有针对性的选择。
MSP430系列微控制器在性能上有一定的特色,较为引人注目的有以下方面:
l 低功耗
430系列微控制器的多个内部模块被设计成可关断的,使得它的功耗根据工作组态方式的不同可以有较大的变化。以MSP430C325A为例。当工作电压为3V时,片内A/D关断时的活动模式的工作电流为400uA,当处于省电模式LPM1至LPM4时,工作电流分别为50uA、6uA、1.5uA和0.1uA。
l 抗干扰
430系列微控制器的时钟采用外部晶振与内部振荡器锁频的工作方式产生,使得在晶振引脚上出现干扰脉冲时,不会引起运行时钟脉冲的异常变化,从而达到稳定。
430系列微控制器产品为工业级品,可以工作在-40℃至85℃的环境温度中。
l 高集成度
430系列微控制器的集成度较高。如:31X、32X、33X集成了串行通信和LCD驱动,其中33X可驱动LCD达120段;32X集成了14位逐位逼近方式的A/D转换器;33X集成了高速的硬件乘法器、同步方式的串行通信和16位的Timer_A等。
l 高精度A/D
当前流行的微控制器的片内A/D大多数是8位精度,即使有的品种宣称有10位A/D,实际的精度也只有8位,10位只是它的数据分辨率。而MSP430X32X具有片内的高精度14位A/D,并且它还可提供内部参考电压SVCC,这对于设计人员来说,是很有吸引力的。
同时MSP430系列微控制器还对所有型号专门设计了一种利用定时器及外接电容充放电原理实现的斜率A/D,当检测慢速信号时也可以达到较高精度。它特别适合于用电阻性传感元件检测低频信号的应用场合。
影响A/D精度的因素
当A/D转换的精度较高时,数据的低位受干扰的可能性也增大了。14位A/D与8位A/D在这一点上有明显的差别。从理论上讲,14位A/D对噪声的敏感程度要比8位大36dB。设计相关电路时必须非常仔细,否则将无法发挥高精度A/D的性能。
影响A/D转换精度的因素很多,主要涉及SVCC、供电电路、接地、相邻通道信号、信号输入等内容。
SVCC对转换精度的影响是直接的,SVCC的不稳定或误差将直接导致信号转换结果的误码。SVCC的来源可以是外接稳压源,也可以是经内部开关连接到AVCC。两种来源都要求对SVCC提供非常稳定、精确的电压值。如果将与数字部分电源DVCC连接在一起的AVCC作为SVCC的来源,一般来说是难以保证SVCC的质量的。采取以下措施有一定帮助:在SVCC端上加滤波电路;利用一个空闲的信号输入端对SVCC的精密分压点作检测,以确定当前的实际SVCC值。
在MSP430X32X的引脚中,模拟和数字的供电通道是分开的,即包括AVCC、AGND、DVCC和DGND等引脚。为保证A/D转换的精度,在电路中不应将它们简单地连接在一起。分成两组电源供电是比较理想的,但是在实际电路设计中往往难以做到这一点。在TI的技术资料中介绍了两种方法。其一是在AVCC与DVCC间加入LC滤波退耦电路;其二是在AGND与DGND间串入反向并联的二极管对,使得两点在电压差低于0.7V时处于断开状态。
AGND与DGND的接法应满足一点接地,特别要避免有数字部分电路与模拟部分电路的公共回路。
当空闲的信号输入端用作数字通道时,要注意它会对相邻的模拟通道产生干扰。这种干扰是经过通道间杂散电容引入的。避免的方法是在A/D转换期间不让数字通道上出现信号的跳变。
由于A/D转换过程利用了开关电容网络,当信号源的内阻过大时会因为RC常数过大而影响转换精度。A/D输入端的等效输入阻抗大约相当于2k电阻与42pF电容的串接电路。TI在技术资料中介绍,在ADCLK为1Mhz的条件下,信号源内阻应低于27.4k才能保证转换精度。当模拟输入信号需要作长线传输时,应采用双绞线或屏蔽线等传输方式,以避免传输过程中的干扰引入。