STM32中的DFSDM应用介绍

Jessie唐

前言

STM32超低功耗系列中基于Cortex M4内核的STM32L4系列芯片内部集成了DFSDM数字滤波模块，配合Σ-Δ器件的使用，可进行高精度、高速率的AD测量。这里就DFSDM做些基本介绍，并结合STM32L4 MCU做一个实例应用演示。

应用系统框图

系统被分为两部分：STM32外部的模拟前端Σ-Δ模块和内置的数字部分DFSDM模块。

       DFSDM是STM32产品内置的一个新的数字外设，通常搭配外部的Σ-Δ器件使用。可根据相应的应用选择外部的模拟部分，进行测量、马达控制等应用。模拟部分提供串行数据给DFSDM，DFSDM负责对数字信号进行处理。

        DFSDM数字部分集成了模拟看门狗、注入和常规转换、灵活的触发系统、中断信号生成、极值检测等。

Σ-Δ模块

• 输入模拟信号。
• 输出1位或2位的快速串行数字信号，可达20MHz速率。
• 广泛的厂商支持： ST, TI,Analog Devices。
  
  

DFSDM= Digital Filter for Sigma Delta Modulators

• 从Σ-Δ模块接收串行数据
• 对接收到的Σ-Δ模块数据进行滤波
• 最大24位的输出精度
  
  

典型应用

• 电信号测量：电流、电压等。
• 马达控制
• 医疗应用
• 麦克风音频
  
  

STM32 DFSDM架图如下：

收发器

• 快速串行输入(20MHz)
• SPI或曼切斯特编码模式
• 时钟生成
• 内部并行输入
• 由CPU/DMA写入的16位寄存器数据输入
• 收发器提供串行连接到外部Σ-Δ模块，支持SPI、曼切斯特协议。收发器也支持通过CPU或DMA写入到DFSDM数据寄存器的内部16位并行数据输入，
  
  

滤波器

• Sinc1，Sinc2，Sinc3，Sinc4，Sinc5，FastSinc内插滤波器，过采样因子可达1024.
• 积分器过采样因子可达1024
  
  

STM32 DFSDM应用框图如下：

整个DFSDM模块包含如下接口：

• 8个串行收发器
• 4个Sinc滤波器和积分器
• 4个输出数据单元
• 4个模拟看门狗
• 8个短路检测器
• 4个极值检测器
• 8个并行数据进入寄存器
  
  

串行收发器

功能

• 从Σ-Δ模块接收1位的串行数据，提供时钟和数据给滤波阶段，最大支持8个输入串行通道。
  支持的协议
• 1线曼切斯特编码
• SPI模式(时钟和数据线)
• 上升沿、下降沿采样
• 数据速率测量
• 时钟缺失检测
• 时钟速率高达20MHz
• 串行输入(时钟和数据)通道的 DFSDM_DATINy和DFSDM_CKINy引脚可被重定向，通道重定向用于收集来自立体麦克风类型的PDM音频数据，PDM立体麦克风具有时钟和数据信号，数据通道提供左右声道信息，左声道进行时钟上升沿采样，右声道进行时钟下降沿采样。
  
  

并行收发器

功能

• 从内部数据源接收16位的并行数据，并提供数据给滤波阶段。多达8个并行通道。
  内部并行输入数据源
• RAM数据后期处理
• 来自内部ADC的数据处理
• 来自被收集数据的后期处理数据
• CPU或者DMA提供数据到DFSDM输入寄存器
  
  

利用STM32 DFSDM进行温度测量的应用原理图如下：

STPMS2是一个双通道的二阶Σ-Δ模块，一个通道感知PT100的电压，另一个通道感知PT100的电流。使用1秒定时器来触发2个通道进行注入扫描转换。PC7(DFSDM1_DATIN3)是通道3，时钟为PC2(DFSDM1_CKOUT)。通道3测量PT100的电压，通道2测量PT100的电流。

PT100温度计算公式为：T = (PT100 – 100) / (0.385)，只要通过能够测量出PT100的电压和电流，就能计算出PT100电阻值，进而得到温度值。

------ 微信公众号   融创芯城（一站式电子元器件、PCB/PCBA购买，项目众包，方案共享平台）