一种MCU芯片内部信号噪声自适应抑制方法与流程

本发明涉及芯片噪声抑制，更具体地说，本发明涉及一种mcu芯片内部信号噪声自适应抑制方法。

背景技术：

1、在现代嵌入式系统中，微控制器单元mcu广泛应用于工业控制、汽车电子、医疗设备等实时数据采集场景。mcu芯片通常集成了直接内存访问dma控制器与模数转换器adc，以实现高效的数据搬运与模拟信号采样。在实际应用中，dma控制器负责在后台执行批量数据传输，释放cpu算力，而adc负责对外部模拟信号进行周期性采样与量化。当dma突发传输与adc采样同时发生时，系统总线的主设备切换与瞬态负载会在片内数字供电网络与时钟分配树上引入瞬时电流波动，这些波动通过电源噪声与衬底耦合影响adc的采样时钟稳定性。随着mcu芯片集成度提升与工作频率增高，片内资源并发导致的采样时钟抖动对adc数据质量的影响日益显著，成为制约高精度数据采集系统性能的关键因素。

2、现有技术存在以下不足：

3、目前，现有技术采用固定阈值滤波或静态加权平均对adc采样数据进行噪声抑制，缺乏对dma突发传输活跃程度与adc通道抖动敏感度的实时感知能力，无法准确识别不同采样节拍受污染的差异化程度，导致高污染采样点与低污染采样点被赋予相同的抑制权重，进而造成清洁采样点被过度平滑而污染采样点残留抖动未被充分抑制，存在adc采样数据信噪比下降与有效分辨率损失的问题，因此，提出一种mcu芯片内部信号噪声自适应抑制方法。

4、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种mcu芯片内部信号噪声自适应抑制方法，通过融合dma突发状态与总线切换事件评估突发窗口活跃特征，结合adc采样触发沿相位偏移量与通道模拟前端配置计算抖动敏感特征并生成采样点污染预测值，依据污染预测值分配差异化抑制权重对adc采样数据实施滑动加权平均抑制，统计低抑制权重采样点占比并评估残留抖动指示量生成采样冲突反馈量，通过该反馈量对dma通道后续突发传输启动相位执行错峰调度，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种mcu芯片内部信号噪声自适应抑制方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：读取dma通道突发状态标志，监测总线主设备切换事件数，综合dma通道突发状态标志以及总线主设备切换事件数确定突发窗口活跃特征；

4、步骤s2：检测adc采样触发沿相位偏移量，获取adc通道模拟前端配置字，融合adc采样触发沿相位偏移量与adc通道模拟前端配置字计算通道抖动敏感中间特征，结合突发窗口活跃特征评估采样点污染预测值；

5、步骤s3：调取adc采样数据，依据采样点污染预测值分配差异化抑制权重，利用差异化抑制权重对adc采样数据进行抑制处理后输出抖动补偿采样序列；

6、步骤s4： 基于差异化抑制权重统计滑动窗内低抑制权重采样点占比，依据抖动补偿采样序列在同一滑动窗内评估残留抖动指示量，结合低抑制权重采样点占比生成采样冲突反馈量，通过采样冲突反馈量对dma通道后续突发传输启动相位执行错峰调度。

7、在一个优选的实施方式中，在步骤s1中，设定活跃统计窗口，在活跃统计窗口内读取dma通道突发状态标志，dma通道突发状态标志是标识本通道是否处于总线突发传输状态的数字状态位，突发启动时，dma通道突发状态标志置1，突发结束或让出总线时，dma通道突发状态标志清0；

8、在活跃统计窗口的起点与终点两次读取系统总线矩阵仲裁事件计数器的累计计数值，将两次读值作差得到总线主设备切换事件数。

9、在一个优选的实施方式中，在步骤s1中，通过dma通道突发状态标志计算活跃统计窗口内dma处于突发状态的节拍占比，通过总线主设备切换事件数活跃统计窗口内的单位节拍平均切换强度；

10、综合dma处于突发状态的节拍占比以及单位节拍平均切换强度计算突发窗口活跃特征。

11、在一个优选的实施方式中，在步骤s2中，由标称采样时钟沿触发相位计数器复位，由实际到达adc采样保持网络的触发沿触发相位计数器锁存，锁存值经计数器时基换算得到当前采样节拍的adc采样触发沿相位偏移量；

12、adc通道模拟前端配置字由输入阻抗档位字段与采样保持时间设定字段组合而成；

13、采用max-min归一化方法分别将adc采样触发沿相位偏移量、输入阻抗档位字段与采样保持时间设定字段进行归一化处理，归一化后的三项通过幂加权乘积计算得到通道抖动敏感中间特征。

14、在一个优选的实施方式中，在步骤s2中，通道抖动敏感中间特征结合突发窗口活跃特征评估采样点污染预测值，其中，为经max-min归一化处理后的通道抖动敏感中间特征，λ为预设权衡系数。

15、在一个优选的实施方式中，在步骤s3中，调取当前采样节拍的adc采样数据，adc采样数据为adc对被测输入信号的一次量化输出；

16、使用单调递减映射函数将采样点污染预测值映射为差异化抑制权重。

17、在一个优选的实施方式中，在步骤s3中，利用差异化抑制权重对adc采样数据进行抑制处理后输出抖动补偿采样序列：，其中，为抖动补偿采样序列在第i个采样节拍上的输出，为第i+j个采样节拍的adc采样数据，为对应节拍的差异化抑制权重，求和区间为j从-m到m，m为加权邻域半径；

18、加权邻域半径根据抖动容忍度以及adc采样率与被测信号带宽进行预先设置。

19、在一个优选的实施方式中，在步骤s4中，设定滑动窗，将滑动窗内差异化抑制权重小于低权重判定阈值的采样节拍纳入低抑制权重采样点集合；

20、低抑制权重采样点占比为低抑制权重采样点集的元素数与滑动窗长度之比；

21、对抖动补偿采样序列做一阶差分得到差分序列，计算差分序列的中位数，计算差分序列相对于其中位数的绝对偏差序列，基于绝对偏差序列的中位数计算残留抖动指示量；

22、残留抖动指示量结合低抑制权重采样点占比计算采样冲突反馈量。

23、在一个优选的实施方式中，在步骤s4中，当采样冲突反馈量大于冲突触发阈值时，判定为本轮抑制存在剩余冲突，根据采样冲突反馈量对dma通道后续突发传输启动相位相对于adc采样触发沿执行相位偏移，偏移量由采样冲突反馈量经饱和线性映射得到；

24、反之，保持dma通道当前突发调度不作时相调整。

25、本发明的技术效果和优点：

26、本发明通过读取dma通道突发状态标志，监测总线主设备切换事件数，综合dma通道突发状态标志以及总线主设备切换事件数确定突发窗口活跃特征，检测adc采样触发沿相位偏移量，获取adc通道模拟前端配置字，融合adc采样触发沿相位偏移量与adc通道模拟前端配置字计算通道抖动敏感中间特征，结合突发窗口活跃特征评估采样点污染预测值，调取adc采样数据，依据采样点污染预测值分配差异化抑制权重，利用差异化抑制权重对adc采样数据进行抑制处理后输出抖动补偿采样序列，基于差异化抑制权重统计滑动窗内低抑制权重采样点占比，依据抖动补偿采样序列在同一滑动窗内评估残留抖动指示量，结合低抑制权重采样点占比生成采样冲突反馈量，通过采样冲突反馈量对dma通道后续突发传输启动相位执行错峰调度，使mcu芯片在dma突发传输与adc采样并发时通过数字域事件流感知片内总线活跃度与通道抖动敏感度，为每个采样节拍分配与其污染程度相匹配的差异化抑制权重，在数字后处理层完成采样噪声的自适应抑制，在不增加模拟侧硬件成本的前提下形成从污染预测到抑制处理再到调度闭环的完整自适应抑制链路。