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BMS采样芯片AFE中的ADC类型有哪些
胡摇扇
1年前
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这次初步聊一聊ADC的相关知识。
BMS中会用到ADC,例如集成在单片机内部的,或者独立的;比较有代表性的就是AFE中的ADC,由于AFE做了太多的工作,反而弱化了大家对其ADC的感知。
在AFE中主要存在两种类型的ADC:
即SAR型与Sigma-Delta型,下面分别介绍。
SAR型ADC
SAR(Successive approximation register),即逐次逼近型ADC,例如美信的MAX17823使用的就是此类型ADC。
一个基本的逐次逼近型ADC的原理框图如下:
由采样保持电路(SHA)、控制逻辑电路、时序发生电路、D/A转换电路、电压比较电路等组成。
基本原理类似天平称重
:
如下图所示,假设一个6bit的SAR ADC,则全量程的数字量为64,为容易理解,假设对应的模拟量也是64。
那么对模拟量X=45进行AD转换:首先将X与32进行比较(0.5倍FSR,通过DAC设置),因为X>32,则对应最高bit位置为1;接着X与48进行比较(0.75倍FSR),因为X<48,则次高位置0;以此方法继续向下类推,最后得到一个6位的二级制代码。
即X=101101,这样就完成了模拟量到数字量的过程。
Sigma-Delta型ADC
也称作Σ-Δ型ADC,当然也有人叫做Δ-Σ型ADC,实际这两种叫法都有人在用,前者可能更贴切;SAR型ADC是直接测量模拟量,而Σ-Δ型ADC是属于间接测量模拟量。
在ADI的LTC68XX系列使用的就是此种类型ADC,内部带有可编程的数字滤波器。
一个典型的Σ-Δ型ADC原理框图如下:
包括了一个简单的模拟调制电路(积分器、比较器、开关、DAC、求和电路)和一个复杂的数字电路(数字滤波器、数字信号处理器);
其中这个模拟调制电路将模拟信号转换为数字bit流,而数字电路进一步把数字bit流转换为代表模拟输入幅值的数字编码。
Σ-Δ型ADC的信号转换流程如下图:
把模拟输入电平最终转换成了数字量输出,根据数字量输出大小,可以换算出模拟量的幅值。
进一步地,单独把模拟调制部分拿出来,如下图:
我们仔细看上图,其实整个环路是一个负反馈的闭合回路;
由于负反馈的存在,X5处的电平总是抑制积分器的累加值输出X3在0V上下波动,这样其实理论上X5处的平均值就等于输入信号X1,时间越长,X5的平均值越接近X1;
而这种关系其实是映射到了X4处输出的1的个数。
下面为实际的例子,假设输入X1为0或0.5*Vref,波形A为积分器输出X3,波形B为比较器输出X4,就有如下的对应关系:1的数量越多,代表X1越大。
具体计算的话,以上图中的输入X1=0.5Vref为例,我们在输出信号X4处取4个采样点,其中有3个1和1个0,那么转换为模拟量=3/4*2*Vref-Vref=0.5Vref,与输入X1相等。
当你的采样点数量越多,转换出来的值就越准确,所以Σ-Δ型ADC就会进行过采样,
这也就造成了其转换速度慢的特点
。
假如输入是一个正弦波,那么此时X1与X4的对应关系就如下图:同样地,1的密度大的地方代表X1幅值大。
后面的数字电路部分就针对前面得到的bit流进行滤波、抽样、处理等操作,最终得到一个AD量输出给单片机。
这里再简单提一下Σ-Δ型ADC为什么精度高?
如下图,左图是普通的ADC量化产生的噪声水平,右边是Σ-Δ型ADC量化产生的噪声水平,一目了然,Σ-Δ型ADC更加优秀;至于怎么推导出来的就比较复杂了,先记住这个结论即可。
总结:
话说查资料时,一定不能只输入ADC,要不查出来都是英雄联盟相关的内容;ADC的分类有很多种的,我只挑选了两种有代表性的拿出来学习;以上所有,仅供参考。
来源:新能源BMS
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首次发布时间:2023-08-26
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胡摇扇
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