ADC 扩展量程方案

[English]

重要

当前 ADC 扩展量程方案仅适用于 ESP32-S2 与 ESP32-S3 芯片。

ESP32-S2/S3 ADC 在默认量程范围可以通过外部分压电路，实现大部分的 ADC 按键、电池电压检测等功能。但是对于 NTC 等应用场景，可能需要支持满量程（0 ~ 3300 mV）测量。ESP32-S2/S3 可通过配置寄存器调整 ADC 的偏置电压，再结合高电压区域非线性补偿方法，我们可以实现对 ESP32-S2/S3 量程的扩展。

实现量程扩展的过程为：

  1. 使用默认偏置，测量一次电压值

  2. 当测量电压值小于 设定电压，直接输出测量电压值作为测量结果

  3. 当测量电压值大于 设定电压，提升偏置电压，进行二次测量，并进行非线性修正计算，输出修正值作为测量结果

  4. 测量完成，恢复偏置电压

因此，每次 ADC 测量，期间可能读取 1~2 次实际电压值。对于大部分的应用场景，该方案引入的测量延迟可以忽略不计。

备注

对于 ESP32-S2 而言，设定电压 为 2600 mV；对于 ESP32-S3 而言, 设定电压 为 2900 mV。

Patch 使用方法

重要

当前补丁基于 ESP-IDF v4.4.8 与 v5.3.1 开发，如需在其他 ESP-IDF 版本上使用该方案，请参考补丁内容自行修改 ESP-IDF。

基于 ESP-IDF v4.4.8 的 Patch 使用方法

以 ESP32-S3 为例，请按照如下方式加载补丁：

  1. 确认 ESP-IDF 已经 checkout 到 v4.4.8

  2. 使用指令 git am --signoff < esp32s3_adc_range_to_3300.patch 将 Patch 应用到 IDF 中

  3. 请注意， 该方案仅对 esp_adc_cal_get_voltage 接口有效，用户可直接调用该接口获取扩展后的读数

基于 ESP-IDF v5.3.1 的 Patch 使用方法

以 ESP32-S3 为例，请按照如下方式加载补丁：

  1. 确认 ESP-IDF 已经 checkout 到 v5.3.1

  2. 使用指令 git am --signoff < esp32s3_adc_range_to_3300_v531.patch 将 Patch 应用到 IDF 中

  3. 请注意， 该方案仅对 adc_oneshot_get_calibrated_result 接口有效，用户可直接调用该接口获取扩展后的读数

API 使用说明

对于不同版本的 ESP-IDF，获取 ADC 量程扩展后的电压值方法有所不同：

  • ESP-IDF v4.4.8

    1. 如果想要读取量程扩展后的电压值，用户必须使用 esp_adc_cal_get_voltage 直接获取 ADC1 或 ADC2 的通道电压

    2. ESP-IDF v4.4.8 ADC 其它 API 不受影响，读取的结果和默认结果一致

  • ESP-IDF v5.3.1

    1. 如果想要读取量程扩展后的电压值，用户必须使用 adc_oneshot_get_calibrated_result 直接获取 ADC1 或 ADC2 的通道电压

    2. ESP-IDF v5.3.1 ADC 其它 API 不受影响，读取的结果和默认结果一致

补丁默认开启 ADC 量程扩展，并默认使用 float 数据类型进行校正，若您需要关闭 ADC 扩展或更换校正过程中的数据类型，请参考如下过程：

  • 对于 ESP-IDF v4.4.8：请使用 menuconfig 在 Component config → Driver configurations → ADC configuration → ADC User Code Offset 进行修改。

  • 对于 ESP-IDF v5.3.1：请使用 menuconfig 在 Component config → ADC and ADC Calibration → ADC User Code Offset 进行修改。

ADC 量程扩展效果对比

ESP32-S2 ADC 量程扩展效果对比:

../_images/esp32-s2-adc-extension.png

ESP32-S3 ADC 量程扩展效果对比:

../_images/esp32-s3-adc-extension.png

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