STM32 ADC 샘플 타임 설정 방법과 실무 팁

STM32 마이크로컨트롤러의 ADC는 샘플 앤 홀드 방식으로 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환합니다. STM32 ADC 샘플 타임 설정은 변환 정확도와 성능에 큰 영향을 미칩니다. 이 글에서는 STM32 ADC 샘플 타임 설정 방법과 실무 팁을 이론과 실용적으로 설명하겠습니다.

STM32 ADC 샘플 타임이란

STM32 ADC 샘플 타임은 입력 전압을 샘플링 캐패시터(\(C_{adc}\))에 충전하는 시간으로써, STM32에서는 ADC 클럭 사이클 단위(예: 1.5, 7.5, 28.5, 55.5 사이클)로 설정됩니다. 샘플 타임이 너무 짧으면 캐패시터가 충분히 충전되지 않아 ADC 값이 부정확해지고, 너무 길면 변환 속도가 느려집니다.(

STM32 ADC 샘플 타임에 영향을 미치는 요소

STM32 ADC 샘플 타임 설정은 다음 요소에 따라 달라집니다.

• 소스 임피던스(\(R_{source}\)): 높은 임피던스는 긴 샘플 타임을 요구.
• 샘플링 캐패시터(\(C_{adc}\)): STM32 데이터시트 기준 4~10pF.
• 기생 캐패시턴스(\(C_{parasitic}\)): PCB 배선이나 외부 회로에서 발생.
• ADC 해상도(\(N\)): 12비트 ADC는 더 긴 샘플 타임이 필요.

이 요소들을 고려하면 STM32 ADC 설정의 정확도가 높아집니다. 

STM32 ADC 샘플 타임 계산 방법

 

 

STM32 ADC 샘플 타임은 시정수(\(\tau = R_{source} \times (C_{adc} + C_{parasitic})\))를 기준으로 계산됩니다. 정확한 변환을 위해 7~10\(\tau\)가 필요합니다. 최소 샘플 타임 공식은 다음과 같습니다

\[ t_{sample} = R_{source} \times (C_{adc} + C_{parasitic}) \times \ln(2^{N+1}) \]

예( Example ): \(R_{source} = 10\,\text{k}\Omega\), \(C_{adc} = 8\,\text{pF}\), \(C_{parasitic} = 2\,\text{pF}\), \(N=12\)일 때:

\[ \tau = 10 \times 10^3 \times (8 \times 10^{-12} + 2 \times 10^{-12}) = 100\,\text{ns} \]

\[ t_{sample} \approx 100\,\text{ns} \times \ln(2^{13}) \approx 900\,\text{ns} \]

ADC 클럭 14MHz(1사이클 = 71.4ns) 기준 약 12~13사이클이 필요합니다.

실무에서 STM32 ADC 샘플 타임 설정 방법

PCB 기생 성분(\(C_{parasitic}\))은 계산하기 어렵기 때문에 실무적 접근이 중요하니, 다음 단계를 따라해보세요.

1. 소스 임피던스(\(R_{source}\)) 확인: \(R_{source} < 1\,\text{k}\Omega\)면 7.5사이클(cycles), \(R_{source} \geq 10\,\text{k}\Omega\)면 55.5사이클(cycles) 이상.
2. STM32 데이터시트 참고: 샘플 타임 표로 초기 값 설정.
3. 테스트: 28.5사이클로 시작, 기준 전압(2.5V)으로 오차(\(\pm 1\,\text{LSB}\)) 확인.
4. 시스템 요구사항: 오디오(고속)에는 짧은 샘플 타임, 온도 센서(저속)에는 긴 샘플 타임. 

STM32 ADC 샘플 타임 설정 실무 팁

• 초기 설정: \(R_{source}\) 불명확 시 28.5 또는 55.5사이클로 시작.
• 외부 회로: 높은 \(R_{source}\)는 오피앰프(버퍼)로 낮추기.
• STM32CubeMX: STM32 ADC 설정 테스트 간소화.
• 다중 채널: 가장 높은 \(R_{source}\)에 맞춰 설정.

결론: STM32 ADC 샘플 타임 최적화

STM32 ADC 샘플 타임 설정은 이론(\(t_{sample} = R_{source} \times (C_{adc} + C_{parasitic}) \times \ln(2^{N+1})\))과 테스트로 최적화됩니다. \(R_{source}\)와 요구사항에 따라 28.5~55.5사이클로 시작해 하드웨어로 검증하고 STM32 데이터시트와 STM32CubeMX를 활용하면 효율적입니다.