剖析 GD32W515PIQ6 WiFi 开启后 ADC 采样失效之谜

只看该作者 · 2025-6-25 15:19

基于 GD32W515PIQ6 的项目开发过程中，当设备启用 WiFi 功能时，ADC 采样出现失效的异常情况。经过深入排查，我们发现从电源供应层面分析，这一问题存在合理的解释。GD32W515PIQ6 启用 WiFi 时，WiFi 模块的工作会大幅增加系统整体功耗，这种瞬间的功耗变化会导致电源产生波动，而 ADC 对于电源的稳定性极为敏感，细微的电源波动都可能严重影响其采样的准确性，最终致使采样失效。接下来，将为大家分享通过优化电源设计、增加滤波电路等方法，改善电源稳定性，让 ADC 在 WiFi 运行时也能正常采集数据的实战经验。
电源波动根源剖析
WiFi 模块在工作时，尤其是在数据收发的瞬间，其电流需求会产生剧烈变化。以常见的 WiFi 通信场景为例，当设备进行数据发送时，WiFi 模块的发射功率提升，瞬间电流可能会从正常工作时的几十毫安骤增至数百毫安。这种快速且大幅度的电流变化，对于电源供电能力是极大的考验。如果电源的瞬态响应能力不足，无法及时为 WiFi 模块提供所需的电流，就会导致电源输出电压出现跌落。而 ADC 作为对电压精度要求极高的模块，电源电压的微小跌落，都会使其参考电压发生偏移，最终造成采样数据出现偏差甚至完全失效。

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优化电源设计
（一）选择合适的电源芯片
在电源芯片的选型上，要优先考虑具有高输出电流能力和快速瞬态响应的芯片。例如，选择输出电流能力大于系统最大功耗需求 1.5 倍以上的电源芯片，确保在 WiFi 模块高功耗运行时，电源芯片仍能稳定输出电压。同时，关注电源芯片的负载调整率和线性调整率指标，负载调整率反映了电源在负载变化时保持输出电压稳定的能力，线性调整率则体现了输入电压变化对输出电压的影响程度，应尽量选择这两项指标优异的芯片。
（二）采用多级电源转换架构
为了更好地应对不同模块的供电需求，可采用多级电源转换架构。首先通过一级电源转换将输入电压转换为一个相对较高的中间电压，然后再通过二级、三级等多级 LDO（低压差线性稳压器）分别为 GD32W515PIQ6 的不同功能模块供电，如为 MCU 内核、WiFi 模块、ADC 等提供独立的电源。这种架构的优势在于，即使某一个模块出现功耗突变，其他模块的供电也不会受到太大影响。例如，为 ADC 单独配置一个 LDO，该 LDO 可以针对 ADC 的供电需求进行优化设计，提高其供电稳定性。

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增加滤波电路
（一）电容滤波
在电源的输入和输出端合理布置不同容值的电容，组成电容滤波网络。在电源输入端，使用大容量的电解电容（如 100μF）滤除低频纹波，同时并联小容量的陶瓷电容（如 0.1μF）滤除高频噪声。在电源输出端，同样采用大小电容搭配的方式，并且要尽可能靠近负载放置。对于 ADC 的电源引脚，可增加多个不同容值的陶瓷电容，形成多级滤波，进一步降低电源噪声。
（二）电感滤波
在电源路径中串联合适的电感，利用电感对电流变化的阻碍作用，平滑电流波形，抑制电源的瞬态波动。电感的选型需要根据电路的工作电流和频率进行计算，选择合适的电感值和饱和电流。例如，在为 WiFi 模块供电的电源路径中串联一个电感，当 WiFi 模块电流发生突变时，电感可以缓冲电流的变化，减少对电源的冲击。

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验证与优化
在完成电源设计优化和滤波电路增加后，需要对系统进行全面的测试验证。使用高精度的示波器监测电源电压的纹波和瞬态响应情况，观察在 WiFi 开启和关闭、数据收发等不同工况下，电源电压的变化是否在可接受范围内。同时，通过 ADC 采集标准信号，对比 WiFi 开启前后的采样数据，评估优化措施对 ADC 采样准确性的改善效果。如果测试结果不理想，还需要进一步调整电源芯片参数、优化滤波电路的布局和参数，直至 ADC 能够在 WiFi 运行时稳定、准确地采集数据。
通过上述从电源角度出发的优化措施，我们成功解决了 GD32W515PIQ6 在 WiFi 开启后 ADC 采样失效的问题。在实际项目开发中，电源稳定性对于系统性能至关重要，尤其是对于像 ADC 这类对电源敏感的模块，更需要在电源设计阶段充分考虑各种因素，确保系统的可靠运行。