孔径抖动和延迟 - 在MCU系统中如何利用ADC技术进行数据采集

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。