RA2 MCU ADC转换时间测试方法

RA2 MCU是瑞萨在2019年下半年开始推广的Cortex M23核的产品，48MHz主频，各子系列都非常有特点，如入门级的RA2E1子系列带Capacitive Sensing Unit，RA2L1子系列低功耗及带CAN总线，RA2A1子系列增强模拟功能、带16位ADC及24位Sigma-Delta ADC，RE2E2子系列主打小封装。可广泛的用于各种应用上。以下是瑞萨RA MCU Portfolio：

 

之前有客户在使用瑞萨RA2 MCU时，由于测试方法不对，导致测出来的ADC转换时间比规格书中宣称的0.67us要长许多，达到了2.1us左右。后来瑞萨AE用三种方法做了详细的测试，用连续转换模式得到了比较理想并且合理的结果，一次AD扫描转换时间大概为0.67us，与规格书宣称的值相近。现将测试方法及步骤分享如下。

 

一

理论说明

 

1.1

基于RA2L1硬件手册中Figure 30.25和Figure 30.26，单次扫描模式下所选通道数为n的扫描转换时间（tSCAN）可按如下方式确定：

tSCAN= tD+ tDIS×n + tDIAG+ tED+ tCONV×n

tSCAN：扫描转换时间

tD：开始扫描延迟时间

tDIS：断线检测辅助处理时间

tDIAG和tDSD：自诊断A/D转换处理时间

tCONV：A/D转换处理时间

tED：结束扫描延迟时间

 

1.2

参考“41. Electrical Characteristics”中Table 41.35的Note 1，转换时间是采样时间和比较时间的总和。也就是说，这里的转换时间指的仅仅是tCONV，而并非tSCAN。

 

1.3

从理论上，如何获得扫描转换时间的最小值

tD= 2 PCLKB + 4 ADCLK：All other, Synchronous trigger. But this does not include the time consumed in the path from timer output to trigger input.

tDIS=0: Setting in ADNDIS[3:0] (initial value = 0x00) ×ADCLK

tDIAG= 0: DIAGST[1:0] = 00 (Self-diagnosis not executed after power-on.)

tCONV= 0.67us: Operation at PCLKD = 48 MHz,High-precision channel, ADCSR.ADHSC = 0, ADSSTRn.SST[7:0] = 0x0A, ADACSR.ADSAC = 1

tED= 2 PCLKB + 3 ADCLK：PCLKB to ADCLK frequency ratio = 1:2

 

1.4

测试条件：

PCLKD (ADCLK) = 48MHz、PCLKB = 24MHz (PCLKB不能超过32MHz)、快速转换模式、高速A/D转换模式、AN000（高精度通道）、不使用自诊断

AD扫描转换时间的理论值为：

tSCAN= tD+ tDIS×n + tDIAG+ tED+ tCONV×n

= (2 PCLKB + 4 ADCLK) + (0 cycles of ADCLK) ×1 + 0 + (2 PCLKB + 3 ADCLK) + tCONV×1 = 0.23 + 0.67 = 0.90 us

 

二

实测1

使用GPT+ELC+ADC+中断方式

 

GPT：周期为50ms，允许GTIOC0A输出

ELC：GPT的计数值发生Overflow时触发AD转换

ADC：Single Scan模式，选择Channel0，允许扫描完成时产生中断，在中断中翻转端口（P301：H –>L）

实际测量结果：7.31us

这个时间包括中断响应时间和端口执行时间

测试代码：（略）

考虑到中断响应时间比较长，所以后面选择使用DTC来翻转端口

 

三

实测2

使用GPT+ELC+ADC+DTC方式

 

GPT：周期为50ms，允许GTIOC0A输出

ELC：GPT的计数值发生Overflow时触发AD转换

ADC：Single Scan模式，选择Channel0，允许扫描完成时产生中断

DTC：触发源为每次ADC扫描结束，进行DTC传送，即翻转IO口（P301：H –>L）

实际测量结果：1.36us

这个时间包括DTC的响应时间和端口执行时间

测试端口执行时间：大概为0.21us

测试代码：（略）

 

四

实测3

使用GPT+ELC+ADC+DTC方式（500次）

 

GPT：周期为50ms，允许GTIOC0A输出

ELC：GPT的计数值发生Overflow时触发AD转换

ADC：Continuous Scan模式，选择Channel0，允许扫描完成时产生中断

DTC：触发源为每次ADC扫描结束，进行一次DTC传送，500次传送后，进入中断，翻转IO口（P301：H –>L）

实际测量结果：337.31us

这个时间包括DTC的响应时间、中断相应时间和端口执行时间

折合到每次的话，大概0.67us

测试代码：(略)

 

五

结论

 

1、手册中的“0.67 μs/channel”仅仅是采样时间和比较时间的总和，并非一个通道的扫描转换时间。

2、在实测3的情况下，我们可以得到比较理想并且合理的结果，一次AD扫描转换时间大概为0.67us。

3、使用FSP自动生成代码的情况下，中断响应时间是比较长的，所以建议采用DTC传送数据，或者客户自己写中断响应函数。测过GPT中断响应时间大概是3.58us