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AS32S601 芯片 ADC 模块交流耦合测试：技术要点与实践

news 2025/8/7 5:48:07

一、概述

（一）芯片简介

AS32S601是厦门国科安芯科技有限公司推出的一款高性能32位RISC-V指令集MCU产品，具有丰富的Flash容量，支持ASIL-B等级的功能安全ISO26262标准，具备高安全、低失效、多IO、低成本等诸多优势，工作频率最高可达180MHz，工作输入电压范围为2.7V~5.5V，休眠电流≤200uA（可唤醒），典型工作电流≤50mA，符合AEC-Q100grade1认证标准（汽车级），还满足企业宇航级的SEU（单粒子效应）和SEL（单粒子锁定）相关指标要求，采用LQFP144封装工艺。

（二）ADC模块概述

在AS32S601中共有3个ADC模块，其ADC采用逐次逼近型模拟数字转换器，分辨率为12bit，最多支持16路外部通道。该ADC支持单次、连续、扫描或间接转换等多种工作模式；具备模拟监控器功能，可监测输入电压是否超过用户设定的电压范围，并能在超出范围时发送中断。ADC转换结果可按照左对齐或右对齐的方式存储在16位数据寄存器中。

二、测试目的

本次测试旨在通过交流耦合电路对AS32S601的ADC模块进行性能评估，确保其在交流信号输入场景下，能够准确、稳定地完成模数转换任务，为后续在音频、高频信号采集以及交流耦合数据链路等实际应用场景中的可靠应用提供数据支撑。

三、交流耦合电路设计

（一）电路拓扑

典型的交流耦合电路由电容（C）和电阻（R）组成，接在信号源与ADC输入之间，具体连接方式为：信号源→[C]→[R]→ADC输入，同时电容另一端接地。电容（C）建议选择低ESR的陶瓷电容或薄膜电容，容量范围在1μF~10μF之间；电阻（R）需匹配ADC输入阻抗，通常在50Ω~10kΩ之间。

（二）参数计算

截止频率（fc）：它是信号衰减-3dB的频率点，计算公式为fc=1/(2πRC)。根据目标频段来确定合适的R和C值。

电容选择：要确保容抗（XC=1/(2πfC)）在目标频段远小于R。对于低频信号（如音频20Hz~20kHz），选用较大电容（≥1μF）；对于高频信号（>1MHz），选用小电容（如0.1μF），同时注意寄生电感的影响。

电阻选择：需大于信号源输出阻抗，避免信号衰减；且要小于ADC输入阻抗，防止电压分压。

四、测试步骤

（一）硬件连接

按照电路图准确连接信号源、耦合电路和ADC，确保各连接点接触良好，无虚焊、短路等情况。

仔细核对信号源输出阻抗与耦合电路的匹配情况，避免因阻抗不匹配导致信号传输异常。

认真检查ADC输入范围，确保所输入的测试信号不会超出ADC的量程，防止损坏ADC模块。

（二）信号输入

测试信号可选择正弦波和方波。正弦波的频率应覆盖目标频段，如100Hz~10kHz，用于评估ADC在不同频率下的转换性能；方波则用于验证ADC的瞬态响应能力，观察其对信号突变的捕捉效果。

对幅值进行合理设置，确保信号幅值在ADC量程内，例如±1V，避免因幅值过大或过小影响测试结果的准确性。

（三）数据采集

根据ADC的性能参数和测试要求，合理配置ADC采样率，应满足≥2倍信号最高频率，遵循奈奎斯特准则，以确保能够准确还原信号。

采集足够数量的样本，一般建议采集10个周期以上的数据，以便后续进行详细的数据分析，提高测试结果的可靠性。

五、数据分析

（一）时域分析

波形完整性：仔细检查采集到的信号波形，观察是否存在失真现象，如电容是否导致相位延迟等情况，若波形出现失真，需进一步分析原因并优化电路或测试参数。

幅值衰减：对比输入信号和输出信号的幅值，验证在截止频率外的衰减情况是否符合预期，分析幅值衰减对ADC转换精度的影响。

（二）频域分析

FFT分析：运用快速傅里叶变换（FFT）对采集到的数据进行频域变换，检查信号频谱是否纯净，是否存在谐波失真等异常情况。重点关注截止频率处的-3dB衰减情况，验证交流耦合电路的频率响应特性是否符合设计要求。

THD（总谐波失真）：计算基波与谐波的功率比，通过THD指标评估ADC对信号的线性转换能力，一般要求THD≤-60dB（0.1%），若超出该范围，需深入分析原因并采取相应措施进行优化。

（三）关键指标

指标	计算公式/方法	合格标准
截止频率误差	fc实测-fc理论	≤±10%
幅值平坦度	通带内波动（如100Hz~1kHz）	≤±0.5dB
THD	FFT分析前5次谐波	≤-60dB（0.1%）