IC: RTL8721Dx RTL8720E RTL8726E RTL8730E

概述

本章描述12位逐次逼近寄存器（SAR）型模数转换器（ADC）的使用方法，ADC转换结果存储在结果寄存器中，支持按需读取。

ADC的相关参数如下：

• 分辨率：12 位

• ENOB：10 位

• 采样频率：31.25 kHz ~ 250 kHz，建议值为 166.67 kHz（默认）

• 采样电容：2.4 pF ~ 2.93 pF

• 参考电压：固定，不可外供

• 内部阻抗：500 kΩ左右

• FIFO：64 * 16 位

• 通道切换列表长度：1 ~ 16

• 通道参数如下表所示：

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8730E

通道	通道号	引脚	输入电压（V）
常规通道	CH0~CH6	PB13~PB19	0 ~ 3.3
电池测量通道	CH7	BAT_MEAS	0 ~ 5

备注

ADC多通道采样分时复用同一个ADC采样电路。上述采样频率是针对单个通道的参数，当通道切换列表中设置多个不同的通道时，对单个通道的采样频率会同比成倍降低。

ADC采样模式

RTL8721DxRTL8720ERTL8726ERTL8730E

ADC仅支持 连续采样模式。该模式下，ADC不间断地按序对通道列表的通道进行采样，开关均可控，适合短时间内对电压连续采样。

ADC支持 多通道采样，用户可以配置 通道切换列表 ，参数包括 采样通道数量 和 采样通道切换顺序。

ADC采样顺序为：每当触发信号产生，ADC会对通道列表中的所有通道按序进行采样。

使用ADC连续采样模式的步骤如下：

1. 启用ADC模块的时钟与功能

   RCC_PeriphClockCmd(APBPeriph_ADC, APBPeriph_ADC_CLOCK, ENABLE);
   RCC_PeriphClockCmd(APBPeriph_CTC, APBPeriph_CTC_CLOCK, ENABLE);
   

2. 根据Pinmux映射表配置ADC引脚复用

   例如：调用以下函数来使用ADC0通道。

   Pinmux_Config(ADC_CH0_PIN, PINMUX_FUNCTION_xxx); // 参考pinmux table配置function ID
   PAD_InputCtrl(ADC_CH0_PIN, DISABLE);
   PAD_PullCtrl(ADC_CH0_PIN, GPIO_PuPd_NOPULL);
   PAD_SleepPullCtrl(ADC_CH0_PIN, GPIO_PuPd_NOPULL);
   

   备注

   BAT_MEAS 引脚为专用引脚，不需要执行该步骤。

3. 设置默认参数，并修改ADC工作模式。默认ADC对所有通道按序采样

   ADC_StructInit(ADC_InitTypeDef *ADC_InitStruct);
   ADC_InitStruct->ADC_OpMode = ADC_AUTO_MODE; // 设置采样模式为连续采样
   

4. 如有需要，修改ADC_InitStruct结构体，调整通道列表及其他参数

   例如：用户设置通道切换列表的长度为 3 ，分别对通道0、通道2和通道4进行采样。

   ADC_InitStruct->ADC_CvlistLen = 3 - 1; // 设置通道列表长度
   ADC_InitStruct->ADC_Cvlist[0] = ADC_CH0; // 设置第一个通道号
   ADC_InitStruct->ADC_Cvlist[1] = ADC_CH2; // 设置第二个通道号
   ADC_InitStruct->ADC_Cvlist[2] = ADC_CH4; // 设置第三个通道号
   

5. 初始化ADC，并启用ADC

   ADC_Init(ADC_InitTypeDef *ADC_InitStruct);
   ADC_Cmd(ENABLE);
   

6. 通过轮询模式或中断模式读取ADC采样数据

   • 轮询模式：

     ADC_ReceiveBuf(u16 *pBuf, u32 len);
     

   • 中断模式：

     ADC_INTConfig(ADC_BIT_IT_FIFO_OVER_EN | ADC_BIT_IT_FIFO_FULL_EN, ENABLE);
     InterruptRegister((IRQ_FUN)ADCIrqHandle, ADC_IRQ, NULL, INT_PRI_MIDDLE);
     InterruptEn(ADC_IRQ, INT_PRI_MIDDLE);
     ADC_AutoCSwCmd(ENABLE);
     

   其中， ADCIrqHandle 的定义为：

   u32 ADCIrqHandle(void *para)
   {
      (void *)para;
      u32 status = ADC_GetISR();
   
      if (status & ADC_BIT_IT_FIFO_FULL_STS) {
         while (ADC_Readable()) {
            u32 sample_value = ADC_Read(); // 读出采样值
            if (sample_cnt ++ > MAX_SAMPLE_CNT) { // 读到足够多的采样值
               ADC_AutoCSwCmd(DISABLE);
               ADC_INTConfig(ADC_BIT_IT_FIFO_OVER_EN | ADC_BIT_IT_FIFO_FULL_EN, DISABLE);
               InterruptDis(ADC_IRQ);
               break;
            }
         }
      }
   
      ADC_INTClearPendingBits(status);
      return 0;
   }
   

备注

采样结果由4位通道号和12位采样值组成。用户可以分别通过以下宏获取：

• ADC_GET_CH_NUM_GLOBAL(sample_data)：获取4位通道号

• ADC_GET_DATA_GLOBAL(sample_data)：获取12位采样值

ADC校准

ADC电压校准

• 为了改善ADC输入/输出特性的线性度，将在工厂阶段对芯片进行ADC非线性校准。通过非线性校准，可以减小ADC的增益误差与偏移误差。

• ADC校准采用5点曲线拟合法，按照最小方差原则计算得到校准参数A/B/C。校准完成后，每颗芯片将获得专属参数A/B/C，并将其存储于 OTP 中。

• 在得到ADC数值采样之后，按下列公式计算当前电压（单位：mV），其中参数 \(x\) 为ADC采样值：

  \[\begin{split}\begin{aligned} y &= ax^2 + bx + c \\ &= \frac{A}{2^{26}}x^2 + \frac{B}{2^{15}}x + \frac{C}{2^{6}} \end{aligned}\end{split}\]

• 常规通道与电池测量通道的校对参数不同，用户可分别通过以下API获取校准电压：

  • ADC_GetVoltage(u32 chan_data)：获取常规电压

  • ADC_GetVBATVoltage(u32 vbat_data)：获取电池电压

ADC内部电阻校准

• 不同芯片的ADC内部电阻 R 存在差异，此差异直接影响测量精度：

  

  ADC 内部电阻

  • 理想电压：\(V_{理想} = \frac{V_{cc} \times R_{2}}{R_{1} + R_{2}}\)

  • 实际电压：\(V_{实际} = \frac{V_{cc} \times R_{2}//R}{R_{1} + R_{2}//R}\)

  • 电压关系：由于内部电阻分压效应，\(V_{实际} < V_{理想}\)

  • 误差规律：阻值比 \(\frac{R_{1} \times R_{2}}{R}\) 越大，实际电压与理想电压偏差越大

• 用户可直接通过 ADC_GetInterR() 获取内部电阻

ADC数字比较器

ADC包含数字比较器，如果指定通道的采样数值在设置的范围内，会产生对应中断，用户可以在中断处理程序中进行特定的操作，如读取当前电压等。

数字比较器在ADC的所有采样模式下都可以工作。

数字比较器支持以下 比较模式 ：

• 小于低阈值

• 大于高阈值

• 大于等于低阈值 且 小于等于高阈值

• 小于低阈值 或 大于高阈值

备注

低阈值和高阈值的取值范围为 0 ~ 4095 ，建议低阈值不要超过高阈值。

以连续采样模式为例，如果要使用ADC数字比较器，请按照以下步骤操作：

1. 启用ADC模块的时钟与功能，同上。

2. 根据Pinmux映射表配置ADC引脚复用，同上。

3. 指定通道并设置比较器的低阈值、高阈值和比较模式。

   例如：调用以下函数来设置ADC0通道的比较模式，当采样值大于等于2000且小于等于3000时会有中断产生。

   ADC_SetComp(ADC_CH0, 3000, 2000, ADC_COMP_WITHIN_THL_AND_THH);
   InterruptRegister((IRQ_FUN)ADCIrqHandle, ADC_IRQ, NULL, INT_PRI_MIDDLE);
   InterruptEn(ADC_IRQ, INT_PRI_MIDDLE);
   

   其中， ADCIrqHandle 的定义如下：

   u32 ADCIrqHandle(void *para)
   {
      (void)para;
      u32 status = ADC_GetISR();
      u32 value;
      if (status & ADC_BIT_IT_COMP_ALL_STS) {
         printf("ISR:0x%x, Comp status:0x%x\n", status, ADC->ADC_COMP_STS); // ADC在指定通道的采样值落在设置范围内
         while (ADC_Readable() == 0);
         value = ADC_Read();
      }
      ADC_INTClearPendingBits(status);
      return 0;
   }
   

4. 设置默认参数，并修改ADC工作模式，同上。

5. 如有需要，修改 ADC_InitStruct 结构体，调整通道列表及其他参数，同上。

6. 初始化ADC，并启用ADC，同上。

7. 建议通过轮询模式读取ADC采样数据。

ADC常见问题排查

采样电压偏移

现象	采样电压偏移
原因	校准参数不适用 输入阻抗不匹配
解决方法	重新校准 调整输入阻抗，使得信号源内阻远小于ADC输入阻抗

备注

• 如果条件满足，可以考虑将应用电路一起校准。

• 参考硬件设计手册，获取ADC内部阻抗值。

通道间串扰

现象	通道间串扰
原因	输入阻抗不匹配，输入源驱动能力差 采样率太高
解决方法	降低信号源内阻 降低采样率

采样电压干扰

现象	采样电压干扰，信噪比低
原因	PCB布局不合理
解决方法	检查PCB布局，如是否临近开关电源、高速信号等 如果接受软件滤波，可以进行多点采样值平均