CN110474642A - 多通道adc模块及其信号干扰的控制方法、控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道ADC模块及其信号干扰的控制方法、控制器，所述多通道ADC模块包括多通道信号采集单元、控制单元、ADC单元、采样电容和放电元件；控制单元用于控制多通道信号采集单元中不同的采集通道采集对应的电信号数据，并发送至ADC单元；ADC单元用于对电信号数据进行模数转换处理；采样电容用于对输入ADC单元的电信号数据进行采样保持；放电元件用于切换采集通道时与接地端电连接，用于将采样电容中的残余电荷完全放电。本发明能够及时地将模块中采样电容中的残余电荷快速完全放电，从而消除了不同的采样通道切换时存在的干扰，保证了采样速率，提高了采样精度和可靠性，满足了高速采样的需求。

Description

多通道ADC模块及其信号干扰的控制方法、控制器

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种多通道ADC模块及其信号干扰的控制方法、控制器。

背景技术

MCU(微控制器)作为物联网的核心零组件，MCU的数据采集系统中的关键部件就是ADC模块(模数转换模块)。随着物联网对各种传感器的需求不断增加，MCU主要内置多通道ADC模块来完成多路数据采集成为标准配置。在智能消防和工业控制等诸多领域，都对ADC模块采集的精度和准确性提出了较高的要求。

但是，在嵌入式系统设计时，常常遇到这样的问题：在需要高精度采样且采样频率较高的情况下，只能使用单通道ADC模块；当采用多通道ADC模块时，由于对不同采样通道进行通道转换时，多个信号采样通道之间存在干扰信号，从而会造成采样结果受到干扰。

现有技术中，为了减小干扰信号对多通道ADC模块采样的影响，一般采用两种方式处理：1)硬件滤波，在采样点上并联一个电容，来改善采样点的波形，减少高频分量的影响；2)软件滤波，采用中值、平均或者加权滤波等算法，避免采样点的极值干扰。但是这两种方法都是通过牺牲ADC模块的采样速率来保证了采样精度，因此不适用于高速采样的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中采用的减小干扰信号对多通道ADC模块采样的影响的方法，存在采样速率不高，不适用于高速采样的缺陷，提供一种多通道ADC模块及其信号干扰的控制方法、控制器。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供一种多通道ADC模块，所述多通道ADC模块包括多通道信号采集单元、控制单元、ADC单元、采样电容和放电元件；

所述多通道信号采集单元的输出端分别与所述ADC单元的输入端和所述采样电容的一端电连接，所述采样电容的另一端接地；

所述放电元件与所述ADC单元的输入端电连接；

所述控制单元与所述多通道信号采集单元电连接；

所述多通道信号采集单元包括多个采集通道；

所述控制单元用于控制所述多通道信号采集单元中不同的所述采集通道采集对应的电信号数据；

所述多通道信号采集单元用于将采集的所述电信号数据发送至所述ADC单元；

所述ADC单元用于对所述电信号数据进行模数转换处理；

所述采样电容用于在所述ADC单元执行模数转换期间，对输入所述ADC单元的所述电信号数据进行采样保持；

所述放电元件用于在一个所述采集通道对应的所述电信号数据模数转换完成后，且在下一个所述采集通道开始采集前，与接地端电连接，用于将所述采样电容中的残余电荷完全放电。

较佳地，所述控制单元用于在所述采样电容对应的放电时长达到设定阈值时，控制所述放电元件与所述接地端断开连接；

所述控制单元还用于在所述放电元件与所述接地端断开连接后，控制所述多通道信号采集单元中的下一个所述采集通道开始采集。

较佳地，所述放电元件包括连接线；或，

所述放电元件包括第一切换开关和放电电阻；

所述放电电阻的一端与所述ADC单元的输入端电连接，所述放电电阻的另一端与所述第一切换开关的一端电连接；

所述放电元件用于通过所述第一切换开关的另一端与所述接地端电连接。

较佳地，所述多通道信号采集单元包括多路切换单元；

所述控制单元与所述多路切换单元电连接；

所述控制单元用于生成一控制指令并发送至所述多路切换单元；

所述多路切换单元用于根据所述控制指令切换控制对应的所述采集通道开始采集。

较佳地，所述多路切换单元包括第二切换开关；和/或，

所述电信号数据包括电压信号。

本发明还提供一种控制器，所述控制器包括上述的多通道ADC模块。

较佳地，所述控制器包括中央处理器或微处理器。

较佳地，当所述控制器为所述微处理器时，所述接地端包括所述微处理器中的内部基准电压端或信号地端。

本发明还提供一种多通道ADC模块中信号干扰的控制方法，所述控制方法采用上述的多通道ADC模块实现，所述控制方法包括：

所述控制单元控制所述多通道信号采集单元中不同的所述采集通道采集对应的电信号数据；

所述多通道信号采集单元将采集的所述电信号数据发送至所述ADC单元；

所述ADC单元对所述电信号数据进行模数转换处理；

所述采样电容在所述ADC单元执行模数转换期间，对输入所述ADC单元的所述电信号数据进行采样保持；

在一个所述采集通道对应的所述电信号数据模数转换完成后，且在下一个所述采集通道开始采集前，所述放电元件与接地端电连接，将所述采样电容中的残余电荷完全放电。

较佳地，所述控制方法还包括：

所述控制单元在所述采样电容对应的放电时长达到设定阈值时，控制所述放电元件与所述接地端断开连接；

所述控制单元在所述放电元件与所述接地端断开连接后，控制所述多通道信号采集单元中的下一个所述采集通道开始采集。

本发明的积极进步效果在于：

本发明中，在一个采集通道的所述电信号数据模数转换完成后，且在下一个采集通道开始采集前，通过放电元件将ADC单元的输入端接地，及时地将模块中的采样电容中的残余电荷快速完全放电，从而消除了不同的采样通道切换时存在的干扰，保证了采样速率，提高了采样精度和可靠性，满足了高速采样的需求。

附图说明

图1为本发明实施例1的多通道ADC模块的结构示意图。

图2为本发明实施例2的多通道ADC模块第一结构示意图。

图3为本发明实施例2的多通道ADC模块的第二结构示意图。

图4为本发明实施例4的通道ADC模块中信号干扰的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

如图1所示，本实施例的多通道ADC模块包括多通道信号采集单元1、控制单元2、ADC单元3、采样电容4和放电元件5。

多通道信号采集单元1的输出端分别与ADC单元3的输入端和采样电容4的一端电连接，采样电容的另一端接地。

放电元件5与ADC单元3的输入端电连接；

控制单元2与多通道信号采集单元1电连接；

多通道信号采集单元1包括多个采集通道；

控制单元2用于控制多通道信号采集单元中不同的采集通道采集对应的电信号数据，其中，电信号数据包括但不限于电压信号。

多通道信号采集单元1用于将采集的电信号数据发送至ADC单元3；

ADC单元3用于对电信号数据进行模数转换处理；

采样电容4用于在ADC单元3执行模数转换期间，对输入ADC单元3的电信号数据进行采样保持；

放电元件5用于在一个采集通道的所述电信号数据模数转换完成后，且在下一个采集通道开始采集前，与接地端电连接，用于将采样电容中的残余电荷完全放电。

其中，多个采样通道共用一个采样电容，采样电容存在一个充放电的过程(对于不同的信号源，充放电的时间会有所不同)。在完成一个采集通道对应的电信号数据模数转换且未开始下一个采集通道采集时，采样电容中会存在残余电荷，此时通过放电元件将ADC单元的输入端接地能够及时快速地将其放电，进而在切换到下一个采集通道时不对其造成信号干扰。

例如，采样通道N对应信号较强的电信号数据，下一个采样通道N+1对应信号较弱的电信号数据。在完成采样通道N对应电信号数据模数转换，采样电容中会存在残余电荷，若此时直接进行下一个采样通道的采集，则会在ADC单元的输入端产生毛刺，且采样通道N+1为较为敏感的微弱信号，这样势必会对该通道的数据采集造成干扰；而本实施例中，在完成采样通道N对应电信号数据模数转换时，直接对采样电容中存在的残余电荷进行快速放电，从而避免了对采样通道N+1的信号干扰，保证了采样精度。

本实施例中，在一个采集通道的所述电信号数据模数转换完成后，且在下一个采集通道开始采集前，通过放电元件将ADC单元的输入端接地，及时地将模块中的采样电容中的残余电荷快速完全放电，从而消除了不同的采样通道切换时存在的干扰，保证了采样速率，提高了采样精度和可靠性，满足了高速采样的需求。

实施例2

本实施例的多通道ADC模块是对实施例1的进一步改进，具体地：

如图2所示，控制单元2用于在采样电容4(图2中用C表示采样电容4)对应的放电时长达到设定阈值时，控制放电元件5与接地端断开连接；

控制单元2还用于在放电元件4与接地端断开连接后，控制多通道信号采集单元1中的下一个采集通道开始采集。

放电元件4包括连接线L，即通过连接线L与接地端电连接。或，

如图3所示，放电元件4包括第一切换开关K和放电电阻R；

放电电阻R的一端与ADC单元的输入端电连接，放电电阻R的另一端与第一切换开关K的一端电连接，放电元件4用于通过第一切换开关K的另一端与接地端电连接。

多通道信号采集单元1包括多路切换单元；

具体地，多路切换单元包括但不限于第二切换开关。

控制单元2与多路切换单元电连接，控制单元2用于生成一控制指令并发送至多路切换单元；

多路切换单元用于根据控制指令切换控制对应的采集通道开始采集。

本实施例中，在一个采集通道的所述电信号数据模数转换完成后，且在下一个采集通道开始采集前，通过连接线或者切换开关将ADC单元的输入端接地，及时地将模块中的采样电容中的残余电荷快速完全放电，从而消除了不同的采样通道切换时存在的干扰，保证了采样速率，提高了采样精度和可靠性，满足了高速采样的需求。

实施例3

本实施例的控制器包括实施例1或2中任意一个实施例中的多通道ADC模块。

控制器包括但不限于中央处理器、微处理器。

当控制器为微处理器时，接地端包括微处理器中的内部基准电压端或信号地端。

具体地，可以通过微处理器中的内部寄存器配置将多通道ADC模块的输入端连接至内部信号地端。

下面结合具体实例说明：

以配置多通道ADC模块的移动电源为例，移动电源的MCU需要完成对多个传感器(如温度显示区对应的温度传感器、指示灯对应的信号显示传感器、按键对应的压力传感器、检测工作电流的电流传感器等)的信号采集。

其中，不同传感器对应不同的信号源，如一个采集通道对应2V的较强电压信号，下一个采集通道对应1mV的微弱电压信号，在强弱信号的采样通道进行切换时，通过内部寄存器配置，将多通道ADC模块的输入端与内部信号地端电连接，实现将采样电容中的残余电荷快速放电，消除强弱信号的采样通道之间的干扰，从而保证移动电源的多通道ADC模块的采样精度和可靠性。

本实施例中的控制器采用多通道ADC模块，能够实现消除不同的采样通道切换时存在的干扰，保证采样速率和采样精度，满足高速采样的需求。

实施例4

本实施例的多通道ADC模块中信号干扰的控制方法采用实施例1或2中任意一个实施例中的多通道ADC模块实现。

如图4所示，本实施例的多通道ADC模块中信号干扰的控制方法包括：

S101、控制单元控制多通道信号采集单元中不同的采集通道采集对应的电信号数据；

S102、多通道信号采集单元将采集的电信号数据发送至ADC单元；

S103、ADC单元对电信号数据进行模数转换处理；

S104、采样电容在ADC单元执行模数转换期间，对输入ADC单元的电信号数据进行采样保持；

S105、在一个采集通道的所述电信号数据模数转换完成后，且在下一个采集通道开始采集前，放电元件与接地端电连接，将采样电容中的残余电荷完全放电；

S106、控制单元在采样电容对应的放电时长达到设定阈值时，控制放电元件与接地端断开连接；

S107、控制单元在放电元件与接地端断开连接后，控制多通道信号采集单元中的下一个采集通道开始采集。

其中，多个采样通道共用一个采样电容，采样电容存在一个充放电的过程(对于不同的信号源，充放电的时间会有所不同)。在完成一个采集通道对应的电信号数据模数转换且未开始下一个采集通道采集时，采样电容中会存在残余电荷，此时通过放电元件将ADC单元的输入端接地能够及时快速地将其放电，进而在切换到下一个采集通道时不对其造成信号干扰。

例如，采样通道N对应信号较强的电信号数据，下一个采样通道N+1对应信号较弱的电信号数据。在完成采样通道N对应电信号数据模数转换，采样电容中会存在残余电荷，若此时直接进行下一个采样通道的采集，则会在ADC单元的输入端产生毛刺，且采样通道N+1为较为敏感的微弱信号，这样势必会对该通道的数据采集造成干扰；而本实施例中，在完成采样通道N对应电信号数据模数转换时，直接对采样电容中存在的残余电荷进行快速放电，从而避免了对采样通道N+1的信号干扰，保证了采样精度。

本实施例中，在一个采集通道的所述电信号数据模数转换完成后，且在下一个采集通道开始采集前，通过放电元件将ADC单元的输入端接地，及时地将模块中的采样电容中的残余电荷快速完全放电，从而消除了不同的采样通道切换时存在的干扰，保证了采样速率，提高了采样精度和可靠性，满足了高速采样的需求。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多通道ADC模块，其特征在于，所述多通道ADC模块包括多通道信号采集单元、控制单元、ADC单元、采样电容和放电元件；

所述多通道信号采集单元的输出端分别与所述ADC单元的输入端和所述采样电容的一端电连接，所述采样电容的另一端接地；

所述放电元件与所述ADC单元的输入端电连接；

所述控制单元与所述多通道信号采集单元电连接；

所述多通道信号采集单元包括多个采集通道；

所述控制单元用于控制所述多通道信号采集单元中不同的所述采集通道采集对应的电信号数据；

所述多通道信号采集单元用于将采集的所述电信号数据发送至所述ADC单元；

所述ADC单元用于对所述电信号数据进行模数转换处理；

所述采样电容用于在所述ADC单元执行模数转换期间，对输入所述ADC单元的所述电信号数据进行采样保持；

所述放电元件用于在一个所述采集通道对应的所述电信号数据模数转换完成后，且在下一个所述采集通道开始采集前，与接地端电连接，用于将所述采样电容中的残余电荷完全放电。

2.如权利要求1所述的多通道ADC模块，其特征在于，所述控制单元用于在所述采样电容对应的放电时长达到设定阈值时，控制所述放电元件与所述接地端断开连接；

所述控制单元还用于在所述放电元件与所述接地端断开连接后，控制所述多通道信号采集单元中的下一个所述采集通道开始采集。

3.如权利要求1所述的多通道ADC模块，其特征在于，所述放电元件包括连接线；或，

所述放电元件包括第一切换开关和放电电阻；

所述放电电阻的一端与所述ADC单元的输入端电连接，所述放电电阻的另一端与所述第一切换开关的一端电连接；

所述放电元件用于通过所述第一切换开关的另一端与所述接地端电连接。

4.如权利要求1所述的多通道ADC模块，其特征在于，所述多通道信号采集单元包括多路切换单元；

所述控制单元与所述多路切换单元电连接；

所述控制单元用于生成一控制指令并发送至所述多路切换单元；

所述多路切换单元用于根据所述控制指令切换控制对应的所述采集通道开始采集。

5.如权利要求4所述的多通道ADC模块，其特征在于，所述多路切换单元包括第二切换开关；和/或，

所述电信号数据包括电压信号。

6.一种控制器，其特征在于，所述控制器包括权利要求1至5中任意一项所述的多通道ADC模块。

7.如权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述控制器包括中央处理器或微处理器。

8.如权利要求7所述的控制器，其特征在于，当所述控制器为所述微处理器时，所述接地端包括所述微处理器中的内部基准电压端或信号地端。

9.一种多通道ADC模块中信号干扰的控制方法，其特征在于，所述控制方法采用权利要求1所述的多通道ADC模块实现，所述控制方法包括：

所述控制单元控制所述多通道信号采集单元中不同的所述采集通道采集对应的电信号数据；

所述多通道信号采集单元将采集的所述电信号数据发送至所述ADC单元；

所述ADC单元对所述电信号数据进行模数转换处理；

所述采样电容在所述ADC单元执行模数转换期间，对输入所述ADC单元的所述电信号数据进行采样保持；

在一个所述采集通道对应的所述电信号数据模数转换完成后，且在下一个所述采集通道开始采集前，所述放电元件与接地端电连接，将所述采样电容中的残余电荷完全放电。

10.如权利要求9所述的多通道ADC模块中信号干扰的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

所述控制单元在所述采样电容对应的放电时长达到设定阈值时，控制所述放电元件与所述接地端断开连接；

所述控制单元在所述放电元件与所述接地端断开连接后，控制所述多通道信号采集单元中的下一个所述采集通道开始采集。