2019年12月17日の日記

12bit DAC 2つで 24bit DAC?

tech | 08:48 |

MCP4922 などの使用例に書いてあるやつを考えてみる。http://akizukidenshi.com/download/MCP4922.pdf この方法で考えられる問題は

誤差の扱いかたが複雑になる
- 2つのDACの温度係数の違い
- DNL/INL の扱い
外部抵抗の正確さ
短期的なグリッチ
- 同時に値をセットできるわけではないため
- 粗いほうのDACを調整したときに生じる DNL による歪み
制御の仕方が面倒

低速かつ相対的に細かい値を扱うには使えるかもしれない。絶対値が重要な場合はかなり使うのが難しいと思う。

以下のとき1:1000

B がおおざっぱな調整、A が精密調整用の DAC を担うことになっている。A で B の 1000分の1 を追加で補正する。理論上は 4096分の1にすれば最大の解像度を得られるが DNL (微分非直線性) があるためそうはいかない。

DNL が±0.75LSBであるため、1.5LSB分は余裕をもって二重に出力できないと、どうやっても出力できない電圧が発生する。

1:1000 のときの伝達関数をグラフ化すると以下のようになる。Y軸が出力電圧で、X軸は24bitの出力コード。実際は DNL があり、それぞれの直線の傾きがランダムに変化する

見ての通りで同じ出力電圧にする場合でも複数の値のとりかたがある。どれをどう選ぶかは制御のアルゴリズム次第で、結構やっかい。

必然的に相対値の調整が重要なはずなので、前回からの差分をうけとって、精密調整しつつ、範囲をはずれたら粗調整を動かすというのをヒステリシスにやる必要があると思う。

STM32F103 で内部温度センサを読み出す

tech | 09:45 |

内部に温度センサを内蔵しており、追加の部品なしにある程度の温度は知ることができる。あまり正確とはいえないが相対的に温度の動きを見るには十分

ADC1 の 16ch に繋がっている。データシート通りだが以下の手順を踏む

ADC1_IN16 を選択する
17.1μs のサンプル時間にする
ADC_CR2 の TSVREFE ビットをセットする
- 温度センサおよびV_{REFINT}がパワーオンする
ADON で変換する
V_{SENSE} を読みだす
温度(℃) = (V_{25} - V_{SENSE}) / Avg_Slope + 25 を計算する

V_{25} と Avg_Slope は個別のデータシートに書いてある。STM32F103 の場合

V_{25} : 1.34〜1.52 (typ=1.43) V
Avg_Slope: 4.0〜4.6 (typ=4.3) mV/℃

17.1μs は、ADCクロックが12MHz なら 17.1e-6 / (1/12e6) = 205.2サイクル以上、6MHz なら 102.6サイクル以上。どっちにしろサンプル時間レジスタは 0b111 (239.5サイクル) しかない。

static void setupADC(void) {
	rccEnableADC1(true);
	ADC1->CR1 = 0;
	ADC1->CR2 = ADC_CR2_ADON;

	ADC1->CR2 = ADC_CR2_ADON | ADC_CR2_RSTCAL;
	while ((ADC1->CR2 & ADC_CR2_RSTCAL) != 0) ;

	ADC1->CR2 = ADC_CR2_ADON | ADC_CR2_CAL;
	while ((ADC1->CR2 & ADC_CR2_CAL) != 0) ;

	ADC1->SMPR1 |= (
		(0b111<<ADC_SMPR1_SMP17_Pos) |
		(0b111<<ADC_SMPR1_SMP16_Pos)
	);
}
static uint16_t startADC(uint8_t channel) {
	ADC1->CR2 |= ADC_CR2_TSVREFE;

	const uint8_t count = 1;
	ADC1->SQR1 = (count-1) << ADC_SQR1_L_Pos;
	ADC1->SQR2 = 0;
	ADC1->SQR3 = (channel & 0b11111) << ADC_SQR3_SQ1_Pos;

	ADC1->CR2 |= ADC_CR2_SWSTART;
	// write same bit to start conversion
	ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON;

	while ((ADC1->SR & ADC_SR_EOC) == 0) ;

	return ADC1->DR & 0xffff;
}
static float getTemp(void) {
	float adc = 0;
	const uint8_t len = 10;
	for (int i = 0; i < len; i++) {
		adc += (float)startADC(16);
	}
	adc /= len;

	const float V_sense = adc / (float)(1<<12) * 3.3;
	const float V_25 = 1.43;
	const float Avg_Slope = 4.3e-3;
	const float temp = (V_25 - V_sense) / Avg_Slope + 25;
	return temp;
}