【RISC-V 先楫半导体HPM5E00 MCU开发板试用体验】3、SDM对Σ-Δ调制器输出数据采样

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一、引言
SDM（Sigma-Delta Modulator）是Σ?信号接收单元（Σ?Modulator）。
Σ-Δ电流采样优点是容易实现模拟隔离采样：主回路的开关噪声对控制电路干扰大，会影响系统稳定性和控制精度，隔离Σ-Δ采样可以实现控制与主回路隔离。隔离Σ-Δ转换器是采用脉冲输出方式传输信号，通过数字隔离芯片的原理实现隔离，较模拟隔离成本低而且失真小。

HPM5E00提供SDM模块具有以下特点：
信号输入接口：
  - 4组独立的CLK和DAT信号输入
  - 每组CLK/DAT可独立配置采样模式
  - 支持多种采样模式：
    - Mode 0: MCLK上升沿采样
    - Mode 1: MCLK上升沿和下降沿采样
    - Mode 2: Manchester编码模式
    - Mode 3: MCLK下降沿采样
    - Mode 4: 每2个MCLK上升沿采样
    - Mode 5: 每2个MCLK下降沿采样

- 数据滤波器(PCM_CIC)：

  - 支持4种滤波器类型：

    - Sinc1 (1阶)
    - Sinc2 (2阶)
    - Sinc3 (3阶)
    - SincFast (2阶快速)

  - 可配置过采样率(1-256)
  - 内置16深度32bit宽度FIFO
  - 支持同步采样
  - 支持掩码控制（指定版本）
  - 可选时间戳输出功能（指定版本）

- 幅值检测器(AMP_CIC)：

  - 同样支持4种滤波器类型
  - 独立的幅值监测通道
  - 支持高/低门限检测
  - 支持过零检测
  - 可配置过采样率(1-32)
  - 实时幅值输出

- 中断支持：

  - FIFO阈值中断
  - 数据溢出中断
  - 数据饱和中断
  - 幅值超限中断

- 同步功能：

  - 支持TRGMUX触发输入
  - 支持TRGMUX触发输出



二、硬件连接

开发板上已经集成了NSI1306。NSI1306是一款高性能Σ-Δ调制器，基于NOVOSENSE电容隔离技术，其输出与输入分离。该器件的线性差分输入信号范围为±50mV(满量程±64mV)或±250mV范围(满量程±320mV)。差分输入非常适合需要隔离的高压应用中基于分流电阻的电流检测。模拟输入经过放大，并由二阶Σ-Δ调制器连续采样，然后转换为高速，单比特数据流。输出数据与外部时钟同步，时钟上升沿有效，频率范围为5MHz至21MHz。通过使用适当的数字滤波器(例如sinc3滤波器)来抽取比特流，该器件可以在78.125KPS的条件下以20MHz的主时钟实现16位分辨率和86dB/82.5dB信噪比(SNR)。故障安全功能包括输入共模过压检测和VDD1缺失检测，简化了系统设计和诊断。


NSI1306管脚图

在CLKIN上升沿时通过DOUT采集数据

开发板原理图SDM连接图

SDM使用了PF16、PF17管脚

为了进行实验，外部接入如下分压电路，用于测量电池分压后的结果

三、软件部分


SDK示例中提供了四种工作模式演示：1. 轮询模式采样；2. 幅值检测模式；3. 中断模式采样；4. 同步信号采样模式
下面主要解读轮询模式采样模式。


(1) SDM 模块初始化

1. sdm_get_default_module_control(TEST_SDM, &control);
   
2. sdm_init_module(TEST_SDM, &control);

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初始化 SDM 模块，配置时钟同步、数据同步。
(2) 通道配置

1. ch_config.sampling_mode = sdm_sampling_rising_clk_edge;
   
2. ch_config.enable_err_interrupt = false;
   
3. ch_config.enable_data_ready_interrupt = false;
   
4. sdm_config_channel_common_setting(TEST_SDM, TEST_SDM_CHANNEL, &ch_config);

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采样模式：在时钟上升沿采样（与 NSI1306 的 Σ-Δ 输出同步）。
中断配置：禁用错误中断和数据就绪中断（使用轮询模式）。
(3) 数字滤波器配置

1. filter_config.filter_type = sdm_filter_sinc3;
   
2. filter_config.oversampling_rate = 256;
   
3. filter_config.ignore_invalid_samples = 2;
   
4. sdm_config_channel_filter(TEST_SDM, TEST_SDM_CHANNEL, &filter_config);

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滤波器类型：Sinc? 滤波器（适合 Σ-Δ 调制器，抑制高频噪声）。
过采样率 (OSR)：256（提高分辨率，但降低带宽）。
无效样本忽略：跳过前 2 个样本（避免初始不稳定数据）。
(4) 数据采集与转换

1. do {
   
2.     stat = sdm_receive_filter_data(TEST_SDM, TEST_SDM_CHANNEL, true, (int8_t *)filter_result, TEST_DATA_COUNT, 4U);
   
3. } while (stat != status_success);
   
4. 
   
5. double voltage = sdm_data_value_to_voltage(&filter_config, filter_result[i]);

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轮询数据：从 FIFO 读取 32 位滤波后的数据（filter_result 为缓冲区）。
电压转换：将原始数据转换为实际电压值。


四、运行效果

串口输出采集结果：

采集结果约为14.74mV
根据分压可以算出电池电压：1010*14.74/10=1488.74mV≈1.49V