TMS320F2812芯片ADC模数转换精度的分析

张栋

（延安大学 物理电子信息学院，陕西 延安 716000）

TMS320F2812芯片ADC模数转换精度的分析

张栋

（延安大学 物理电子信息学院，陕西 延安 716000）

TMS320F2812是高集成、高性能指令控制应用芯片，但其ADC模数转换单元易受干扰，精度差。本文从实际应用的角度出发，通过比较硬件滤波、电源滤波、软件滤波、工作时钟频率、ADC转换窗口、外部RAM等外围设计因素，提出了电源、软硬件滤波综合方案，以提高ADC模数转换精度。

模数转换；硬件滤波；软件滤波；电源滤波

TMS320F2812是高精度的DSP，其运算速度快，工作时钟频率达 150 MHz，指令周期可达 6.67 ns以内，低功耗（核心电压1.8 V，I/O口电压3.3 V）。采用哈佛总线结构，具有强大的操作能力、迅速的中断响应和处理能力以及统一的寄存器编程模式。并且在片上集成了Flash存储器，可实现外部存储器的扩展。外部扩展模块（PIE）可支持96个外部中断，45个可用。两个增强的事件管理器模块（EVA、EVB），提供了一整套用于运动控制和电机控制的功能和特性。每个事件管理模块包括通用定时器（GP）、比较单元、捕获单元以及正交编码脉冲电路。外围设备包括 3个 32 bit的 CPU定时器，16通道 12 bit ADC（单个转换时间为 200 ns，单路转换时间为 60 ns），它不仅具有串行外围接口（SPI）和两个串行通信接口（SCI），还有改进的局域网络（eCAN）、多通道缓冲串行接口（McBSP）和串行外围接口模式[1]。

28X核提供了高达 400 MIPS的计算带宽，它能够满足大多数经典实时控制算法，在工业自动化、光传输网络和自动控制等领域拥有应用前景。但是，在获得其较高工作时钟频率 150 MHz、低功耗的 I/O口 3.3 V电压的同时，对其在电磁兼容和ADC模数转换单元等实际应用提出了更高的要求。特别是ADC模数转换单元，受到了众多使用者的诟病，称其实测的精度甚至低于TMS320F2407的 10 bit ADC模数转换精度。有人怀疑TMS320F2812核内数字地和模拟地连接设计有缺陷，但尚未得到 TI公司的证实。TI公司发布了 SPRA989[2]的ADC校准文档，仅修正了模数转换的增益和偏移，与完全实用的要求尚有一定差距。本文从实际应用的角度出发，考虑其外围设计因素，提高ADC模数转换精度。

1 ADC模数转换精度分析以及测试方法

影响ADC模数转换最终结果精度的原因很多，诸如芯片内部模数转换、模数转换的增益和偏移引起的误差，这些都是生产厂商控制和研究的领域，本文不作讨论。本文只考虑用户可以修改和控制的范畴，如修改外围硬件设计减少输入误差、调节芯片参数减少输入和转换误差、软件滤波减少输出误差。围绕这3个环节可细化分解为：硬件RC滤波输入信号的影响、供电电源滤波的影响、芯片工作时钟频率的影响、芯片的ADC转换窗口大小的影响、使用外部RAM的影响、输出信号软件滤波的影响以及上述方法的组合等[3，4]。

使用DH1718D－2双路跟踪稳压稳流电源提供测试的输入电压信号，通过TDS2014数字存储示波器测量输入电压信号，用含TMS320F2812的最小系统板IMEZ2812V3.4板进行模数转换，最后通过SEED－XDSPP仿真器，在计算机仿真软件上监测并记录输出电压信号。

将上述设备按以下步骤进行连接测试：

（1）将计算机和SEED－XDSPP仿真器通过并口连接。

（2）将SEED－XDSPP仿真器和 IMEZ2812V3.4板通过JTAG口连接。

（3）将DH1718D－2双路跟踪稳压稳流电源电压调至0～3 V，并连接至IMEZ2812V3.4板的JP4口的R_ADCINA6脚和DSP_VSSA（ADCLO）脚。

（4）用TDS2014数字存储示波器测试输入电压信号，并用计算机仿真软件观测仿真测试结果曲线。

（5）分别增加输入信号硬件滤波、电源滤波和软件信号滤波及改变相关ADC寄存器值，并重复以上步骤测试。

先使用恒定电压输入信号比较不同设定方案的效果，然后对选定方案进行全量程校核。

2 ADC模数转换精度测试过程及状态描述

取基准状态为：测试直连输入信号，外部RAM，PLL= 0x0A，HSPCLK=1，ADCCLKPS=2，CPS=1，ACQPS=0。其余状态未加说明的均为基准状态+变化状态。分别进行ADC模数转换精度测试。

2.1 恒定电压模数转换测试比较

图1恒定电压模数转换测试比较的12幅图对应测试状态及结果如表1。

表1 恒定电压模数转换测试结果列表

2.2 全量程电压模数转换校验

通过以上测试恒定电压模数转换测试比较，综合考虑转换精度和转换时间，采用以下方案：硬件滤波输入信号，软件信号滤波 10x10，电源滤波100 u，内部RAM，PLL=0x0A，HSPCLK=1，ADCCLKPS=2，CPS=1，ACQPS=0。在上述状态，ADC全量程转换测试结果如表2。

表2 全量程电压模数转换测试结果表

通过图2可以看出，上述方案不仅在恒定电压2 V时可以提高ADC转换精度，在TMS320F2812的ADC全量程范围内，均可以获得较好的转换精度。

通过以上ADC模数转换测试结果，可以得出以下结论：

（1）在外部RAM中运行程序ADC转换误差较大。

（2）降低芯片主频可以提高 ADC转换精度。

（3）增大采样窗口可以提高 ADC转换精度，但转换时间相应延长。

（4）电源滤波可以提高ADC转换精度。

（5）输入信号硬件 RC滤波可以大幅度提高 ADC转换精度。

（6）软件滤波可以大幅度提高 ADC转换精度，但转换时间相应延长。

综合考虑上述结论，可以采用2.2中建议的电源滤波+硬件 RC滤波+软件滤波方案来解决 TMS320F2812的ADC模数转换测量精度差的问题。

[1]Texas Instruments Incorporated，TMS320F2810，TMS320F-2811，TMS320F2812 Digital Signal Processors[R]，SPRS174K，2004.6.

[2]Alex Tessarolo，F2810，F2811，and F2812 ADC Calibration [R].DSP Application Journal，SPRA989，2004，5.

[3]Texas Instruments Incorporated.TMS320F28x analog to digital converter（ADC）reference guide[R].SPRU060A，2003，10.

[4]王幸之，王雷，翟成，等.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

Analysis of ADC precision on TMS320F2812 chip

ZHANG Dong
（Collage of Physics and Electronic Information,Yan′an University,Yan′an 716000，China）

：TMS320F2812 devices are highly integrated,high-performance chips for demanding control applications,but ADC on chips is prone to interfered by other units.In this paper,hardware、power、software filters and clock frequency、ADC window、outside RAM on chips have been compared by practical test.A integrated scheme of hardware、power、software filters is proposed to improve the ADC result precision.

ADC；hardware filter；software filter；power filter

TN79＋.2；TN713

A

0258-7998（2010）09-0068-03

2010-04-01）

张栋，男，1973年生，工程师，主要研究方向：自动控制系统等方面研究。