多模拟通道数据采集，平均法选择需谨慎
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随着电子系统中传感器和信号源的快速增加，使得设备设计师们可以在系统MCU或传感器融合协处理器中加入更多的模拟信号通道。尤其是在日益发展的小型物联网领域中更是如此。 信号平均法是一项常用于此类数据采集系统的技术，可以增强数值结果的可用分辨率并抑制多种噪声。虽然过滤方式简单，但其整体效果要取决于所使用的平均法。本文将对传统的序列平均法和最新的交叉平均法进行比较。 许多现代的混合信号MCU和片上系统都直接将平均法加入到模拟-数字转换器硬件中。这大大减少了MCU需要完成的处理量，简化代码编写，缩短处理器需要在高功耗模式中的运行时间。 尽管多种信号与设备之间实现连接的模拟输入多路复用器已十分普遍，但大部分混合信号MCU的硬件平均功能每次只能在一条信号通道中执行。当平均过程完成后，通常会引发中断，然后固件在中断中选择另一个需要转换的模拟输入。在一些设备中，比如赛普拉斯半导体公司的PSoC 4系列1 Msps 12位ADC可编程片上系统，其通道序列内置于转换器硬件中，可在无需处理器干预的情况下对所有通道执行平均功能。 这种传统的对单一通道信号进行多次转换后才转到下一个通道的平均模型被称为序列平均。这种方法存在一些限制，主要问题在于会降低多通道环境中的可用采样率，包括被平均的通道和序列中不需要平均的通道。 最近出现了一种新的方法，可以增强数据采集系统设计师所使用的各种工具。这项技术被称为交叉平均法，它给需要采集高频率信号以及需要快速采集非平均通道样本的系统带来了福音。 序列平均和交叉平均的区别我们可以从一些图文中得到解释，本文选择了一个8通道的配置作为示例。原始ADC采样率设置为800 ksps，每个通道中的16个12位样本将被一起平均。这样会产生一个16位的输出字，而12位样本量化的信噪比贡献量则会把信噪比限制在相对于14位转换器的水平(假设每个样本的量化噪声贡献量不相关)。 由于有8个通道，且每个通道取样16次后获得最终结果，因此ACD需要进行128次转换才能生成各结果组。这一过程需要160微秒，结果组的可用频率为6250次/秒。 这个例子还假设每个通道都有自己的结果寄存器，本示例中所使用的PSoC 4就是如此。但部分混合信号MCU有所不同，它们只有一个结果寄存器，因此不得不在转换通道时进行读取。 图1所示的是伪代码形式的标准序列平均解决方案，其行为如下： 刷新累积寄存器 选择通道1 以1.25微秒间隔进行16次采样，将它们累积在通道1的寄存器中，总耗时20微秒 选择通道2 以1.25微秒间隔进行16次采样，将它们累积在通道2的寄存器中，总耗时20微秒 重复上述步骤，完成8个通道的取样 转移8个结果，出现中断或DMA 图1：序列平均 |
