内置高精度16位(bit)ADC单片机-恩智浦MKV10Z系列

     ADC是全称是将模拟信号转换为数字信号的一个功能,常见的单片机一般都有12bit ADC,集成16bit ADC的比较少见,通常应用设计中会用一个mcu+adc芯片完成高精度数据采样。内置16位ADC的MCU可以节省设计PCB的布板空间;特别是针对一些电池供电便携式传感器等要求体积小的产品。还可以满足外围电路的一致性和稳定性。特别强调的是有这么多优点的同时成本还更能打,常用的如一个20pin的mcu+一个ADI的16BIT ADC 成本接近一个usd,MKV10Z的同类版本功能集成16bit adc的成本还不到1usd,在要求16bit ADC的单片机应用中是非常适合的。

      MKV10Z​​​​​​​来自NXP的Kinetis® KV1x MCU该系列产品采用工作频率为75 MHz的Arm® Cortex®-M0+内核,具备硬件平方根和除法功能,与同等MCU相比,在计算密集型应用中能实现27%的性能提升,因此极为适合BLDC以及对计算性能要求更高的PMSM电机。其他特性包括集成式FlexCAN,两个16位模数转换器(ADC),12位模式下每秒高达120万的采样率(1.2 MS/s),配备多个电机控制定时器,高达128 KB的闪存。以及包含恩智浦和第三方资源的全面开发套件,包括参考设计、软件库和电机配置工具。

     案例参考在相关的电机控制中应用到MKV10Z系列的MKV10Z128VLF7:

特征

  • 75 MHz Cortex-M0+内核,带硬件平方根和除法模块 - 能够显著提升计算密集型应用的性能,例如,无传感器磁场定向控制(FOC)算法的处理
  • 4通道DMA - 降低CPU负载,提高应用性能
  • 两个16位ADC,配有两个捕捉和保持电路,12位模式下高达1.2 MS/s的采样率 —- 可同时测量电流和电压相位,减少输入值抖动,提高12位模式下的系统精度
  • 两个6通道和4个双通道可编程FlexTimer — 高精度PWM生成,带集成功率因数校正或速度传感器解码器(增量解码器/霍尔传感器)
  • 12位DAC和两个ACPM (模拟比较器) — 过流和过压故障检测,降低BOM成本。ADC和ACMP互连,带PWM和PDB (可编程延迟)模块,可实现实时硬件控制
  • 双看门狗 - 符合IEC 60730安全法规要求
  • 广泛且可扩展的产品系列,提供出色的硬件和软件兼容性 - 支持轻松迁移,以便利用Kinetis® V系列器件更加强大的性能、存储器和功能

部件编号包含: MKV10Z128VFM7, MKV10Z128VLF7, MKV10Z128VLH7, MKV10Z16VFM7, MKV10Z16VLC7, MKV10Z16VLF7, MKV10Z32VFM7, MKV10Z32VLC7, MKV10Z32VLF7, MKV10Z64VFM7, MKV10Z64VLF7, MKV10Z64VLH7, MKV11Z128VFM7, MKV11Z128VLF7, MKV11Z128VLH7, MKV11Z64VFM7, MKV11Z64VLF7, MKV11Z64VLH7.

参数如下:

### 关于16ADC的技术参数 #### 静态特性 对于16ADC而言,静态参数是在低速或直流条件下测量得到的关键性能指标。这些参数能够反映ADC在处理稳定输入信号时的表现情况[^1]。 - **分辨率**:指最小可分辨电压变化的能力,在理想情况下为满量程范围除以\(2^{n}\),其中\(n\)代表有效比特数。因此,16ADC理论上能提供约96dB信噪比(SNR)[^2]。 - **积分非线性(INL)** 和 **微分非线性(DNL)** :INL描述了实际传输函数相对于理想直线的最大偏差程度;DNL则衡量相邻两个码字之间的间隔差异。优秀的工业级产品应具备极小的INL/DNL误差值来确保精确度。 ```python def calculate_resolution(bits=16, vref=3.3): """计算给定参考电压下的分辨率""" resolution = vref / (2 ** bits) return f"{resolution:.8f} V" ``` #### 动态特性 动态特性涉及当输入信号快速变动时系统的响应能力。这包括但不限于: - **采样率**:每秒钟可以采集多少次样本的数据速率。高速应用场景下尤为关注此参数。 - **建立时间(Settling Time)**:从施加阶跃输入到输出达到并保持在其最终值所需的时间长度。 - **信纳比(Signal-to-noise and Distortion Ratio, SINAD)** 及 总谐波失真(THD):用于评估噪声水平以及因量化效应引入的额外干扰成分的影响大小。 --- ### 应用实例分析 考虑到某些特定领域的需求特点,比如医疗设备中的心电监护仪、音频处理装置或是精密仪器仪表等场合,往往需要采用具有更高精度级别的ADC来进行数据获取工作。此时选用有高性能16-bit ADC模块的MCU不仅有助于简化硬件结构布局,还能显著降低成本开销而不牺牲整体效能表现。 例如,在一款便携式的环境监测终端里,通过集成MKV10Z系列单片机及其内嵌式高精度ADC单元,实现了对温湿度传感元件输出的小幅波动实施精准捕捉,并进一步转化为易于后续运算处理的标准数值形式加以记录保存。这种设计方案既兼顾到了小型化的要求又保障了长期运行期间的良好一致性和可靠性。
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