一、概述

（一）芯片簡介

AS32S601是廈門國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產(chǎn)品，具有豐富的Flash容量，支持ASIL-B等級(jí)的功能安全I(xiàn)SO26262標(biāo)準(zhǔn)，具備高安全、低失效、多IO、低成本等諸多優(yōu)勢，工作頻率最高可達(dá)180MHz，工作輸入電壓范圍為2.7V~5.5V，休眠電流≤200uA（可喚醒），典型工作電流≤50mA，符合AEC-Q100grade1認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（汽車級(jí)），還滿足企業(yè)宇航級(jí)的SEU（單粒子效應(yīng)）和SEL（單粒子鎖定）相關(guān)指標(biāo)要求，采用LQFP144封裝工藝。

（二）ADC模塊概述

在AS32S601中共有3個(gè)ADC模塊，其ADC采用逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，分辨率為12bit，最多支持16路外部通道。該ADC支持單次、連續(xù)、掃描或間接轉(zhuǎn)換等多種工作模式；具備模擬監(jiān)控器功能，可監(jiān)測輸入電壓是否超過用戶設(shè)定的電壓范圍，并能在超出范圍時(shí)發(fā)送中斷。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果可按照左對(duì)齊或右對(duì)齊的方式存儲(chǔ)在16位數(shù)據(jù)寄存器中。

二、測試目的

本次測試旨在通過交流耦合電路對(duì)AS32S601的ADC模塊進(jìn)行性能評(píng)估，確保其在交流信號(hào)輸入場景下，能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地完成模數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)，為后續(xù)在音頻、高頻信號(hào)采集以及交流耦合數(shù)據(jù)鏈路等實(shí)際應(yīng)用場景中的可靠應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

三、交流耦合電路設(shè)計(jì)

（一）電路拓?fù)?/strong>

典型的交流耦合電路由電容（C）和電阻（R）組成，接在信號(hào)源與ADC輸入之間，具體連接方式為：信號(hào)源→[C]→[R]→ADC輸入，同時(shí)電容另一端接地。電容（C）建議選擇低ESR的陶瓷電容或薄膜電容，容量范圍在1μF10μF之間；電阻（R）需匹配ADC輸入阻抗，通常在50Ω10kΩ之間。

（二）參數(shù)計(jì)算

截止頻率（fc）：它是信號(hào)衰減-3dB的頻率點(diǎn)，計(jì)算公式為fc=1/(2πRC)。根據(jù)目標(biāo)頻段來確定合適的R和C值。

電容選擇：要確保容抗（XC=1/(2πfC)）在目標(biāo)頻段遠(yuǎn)小于R。對(duì)于低頻信號(hào)（如音頻20Hz~20kHz），選用較大電容（≥1μF）；對(duì)于高頻信號(hào)（>1MHz），選用小電容（如0.1μF），同時(shí)注意寄生電感的影響。

電阻選擇：需大于信號(hào)源輸出阻抗，避免信號(hào)衰減；且要小于ADC輸入阻抗，防止電壓分壓。

四、測試步驟

（一）硬件連接

按照電路圖準(zhǔn)確連接信號(hào)源、耦合電路和ADC，確保各連接點(diǎn)接觸良好，無虛焊、短路等情況。

仔細(xì)核對(duì)信號(hào)源輸出阻抗與耦合電路的匹配情況，避免因阻抗不匹配導(dǎo)致信號(hào)傳輸異常。

認(rèn)真檢查ADC輸入范圍，確保所輸入的測試信號(hào)不會(huì)超出ADC的量程，防止損壞ADC模塊。

（二）信號(hào)輸入

測試信號(hào)可選擇正弦波和方波。正弦波的頻率應(yīng)覆蓋目標(biāo)頻段，如100Hz~10kHz，用于評(píng)估ADC在不同頻率下的轉(zhuǎn)換性能；方波則用于驗(yàn)證ADC的瞬態(tài)響應(yīng)能力，觀察其對(duì)信號(hào)突變的捕捉效果。

對(duì)幅值進(jìn)行合理設(shè)置，確保信號(hào)幅值在ADC量程內(nèi)，例如±1V，避免因幅值過大或過小影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（三）數(shù)據(jù)采集

根據(jù)ADC的性能參數(shù)和測試要求，合理配置ADC采樣率，應(yīng)滿足≥2倍信號(hào)最高頻率，遵循奈奎斯特準(zhǔn)則，以確保能夠準(zhǔn)確還原信號(hào)。

采集足夠數(shù)量的樣本，一般建議采集10個(gè)周期以上的數(shù)據(jù)，以便后續(xù)進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，提高測試結(jié)果的可靠性。

五、數(shù)據(jù)分析

（一）時(shí)域分析

波形完整性：仔細(xì)檢查采集到的信號(hào)波形，觀察是否存在失真現(xiàn)象，如電容是否導(dǎo)致相位延遲等情況，若波形出現(xiàn)失真，需進(jìn)一步分析原因并優(yōu)化電路或測試參數(shù)。

幅值衰減：對(duì)比輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的幅值，驗(yàn)證在截止頻率外的衰減情況是否符合預(yù)期，分析幅值衰減對(duì)ADC轉(zhuǎn)換精度的影響。

（二）頻域分析

FFT分析：運(yùn)用快速傅里葉變換（FFT）對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域變換，檢查信號(hào)頻譜是否純凈，是否存在諧波失真等異常情況。重點(diǎn)關(guān)注截止頻率處的-3dB衰減情況，驗(yàn)證交流耦合電路的頻率響應(yīng)特性是否符合設(shè)計(jì)要求。

THD（總諧波失真）：計(jì)算基波與諧波的功率比，通過THD指標(biāo)評(píng)估ADC對(duì)信號(hào)的線性轉(zhuǎn)換能力，一般要求THD≤-60dB（0.1%），若超出該范圍，需深入分析原因并采取相應(yīng)措施進(jìn)行優(yōu)化。

（三）關(guān)鍵指標(biāo)

六、常見問題與解決

（一）信號(hào)幅值衰減過大

原因可能是電容容值過小，導(dǎo)致容抗（XC）過大；或者是電阻選擇不當(dāng)，與ADC阻抗不匹配。

解決方法為增大電容值或減小電阻值，同時(shí)需重新檢查信號(hào)源輸出阻抗，確保其與耦合電路良好匹配。

（二）低頻信號(hào)失真

低頻信號(hào)失真往往是由于截止頻率過高，通常是電容值太小所致。

針對(duì)該問題，應(yīng)重新計(jì)算截止頻率，根據(jù)實(shí)際需求選用更大容量的電容，以降低截止頻率，改善低頻信號(hào)的傳輸特性。

（三）高頻噪聲增加

高頻噪聲增加可能是電容寄生電感引起的諧振現(xiàn)象。

解決辦法是選用高頻特性優(yōu)良的電容，如NP0陶瓷電容，其具有較低的寄生電感和介質(zhì)損耗，能夠在高頻段保持較好的性能。

七、結(jié)論

通過本次基于AS32S601的ADC模塊交流耦合測試，全面評(píng)估其在交流信號(hào)輸入場景下的轉(zhuǎn)換性能。在測試過程中，嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)交流耦合電路，合理設(shè)置測試信號(hào)參數(shù)，運(yùn)用科學(xué)的數(shù)據(jù)分析方法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘。

附錄

電路圖示例

[信號(hào)源]---[C]---[R]---[ADC]

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GND

參考元件選型

審核編輯 黃宇