4. GD32硬件平台
电流采样是FOC控制里最关键的环节之一。说白了，你算出来的电流环PID再漂亮，采回来的电流不准，那全是白搭。我这些年调试过的电机驱动板，十块里有七八块的问题都出在采样电路上。
今天咱们就把单电阻、双电阻、三电阻这三种方案掰开揉碎了讲清楚。我会结合GD32的ADC触发机制和PWM时序，把采样电阻选型、布局、运放电路设计一次性说透。
4.1 三种采样方案的核心差异
先看一张对比表，心里有个底：
| 方案 | 采样电阻数量 | 采样时刻 | 重构方式 | 最低成本 | 最低噪声 |
|---|---|---|---|---|---|
| 单电阻 | 1个（下桥臂公共端） | PWM周期内两个不同时刻 | 两次采样重构三相电流 | ★★★★★ | ★★☆☆☆ |
| 双电阻 | 2个（两相下桥臂） | PWM周期内同一时刻 | 两相采样+基尔霍夫计算第三相 | ★★★★☆ | ★★★★☆ |
| 三电阻 | 3个（三相下桥臂） | PWM周期内同一时刻 | 三相直接采样 | ★★★☆☆ | ★★★★★ |
4.2 单电阻采样——省钱但费心
单电阻采样只用一个采样电阻，放在三相下桥臂的公共端。它的原理是利用PWM开关状态，在不同时刻采集母线电流，然后反推出三相电流。
采样原理：
- 当某一相下桥臂导通时，母线电流等于该相电流
- 在PWM周期的两个不同时刻采样，得到两相电流
- 第三相电流通过基尔霍夫电流定律计算：Iu + Iv + Iw = 0
适用场景：低成本风机、水泵等对电流环带宽要求不高的应用。如果你要做伺服或机器人关节，我劝你直接跳过单电阻。
4.3 双电阻采样——性价比之选
双电阻采样是我个人最常用的方案。它在两相下桥臂各放一个采样电阻，同一时刻采样两相电流，第三相用基尔霍夫定律算出来。
采样原理：
- 在PWM周期中间点（所有相都处于有效状态时）触发ADC
- 同时采样两相下桥臂电流
- 第三相电流 = -(Iu + Iv)
这里有个细节：采样时刻必须避开开关管导通和关断的瞬间，否则会有严重的开关噪声。我一般会在PWM定时器更新事件后延迟1-2μs再触发ADC。
4.4 三电阻采样——性能天花板
三电阻采样是性能最好的方案，三相各用一个采样电阻，直接测量三相电流。没有重构误差，没有计算延迟，电流环带宽可以做到最高。
采样原理：
- 三相下桥臂各串联一个采样电阻
- 在PWM周期中间点同时触发三路ADC
- 直接得到三相电流值
GD32的ADC支持多通道同步采样，三电阻方案正好能发挥这个优势。我做过一个项目，用三电阻采样配合GD32的DMA，电流环带宽跑到了2kHz，效果非常理想。
4.5 采样电阻选型与布局
采样电阻选型有几个关键参数：阻值、功率、温漂、电感。我列个表方便你对照：
| 参数 | 推荐值 | 选型依据 |
|---|---|---|
| 阻值 | 5mΩ ~ 20mΩ | 阻值太小信号弱，太大发热严重 |
| 功率 | ≥ 2倍实际功耗 | 留余量防止温漂过大 |
| 温漂 | ≤ 50ppm/℃ | 温漂太大会导致电流采样偏移 |
| 电感 | ≤ 5nH | 电感大会引入高频噪声 |
布局要点：
- 采样电阻必须紧贴MOS管源极，走线越短越好
- 采样信号走差分线，远离PWM信号和功率走线
- 采样电阻下方不要铺铜，避免寄生电容影响高频响应
- 我习惯在采样电阻两端各放一个100pF的滤波电容，滤除高频噪声
4.6 运放电路设计——偏置与增益
采样电阻上的信号是mV级别的，必须经过运放放大后才能送入GD32的ADC。运放电路的核心是两个参数：偏置电压和增益。
偏置电压：
- 电机电流是双向的（正转和反转），采样电阻上的电压有正有负
- GD32的ADC只能采集0~3.3V的电压
- 所以需要把双极性信号偏置到1.65V（ADC参考电压的一半）
增益计算：
- 假设采样电阻10mΩ，最大电流±10A，则采样电压±100mV
- ADC满量程3.3V，偏置1.65V，可用范围±1.65V
- 增益 = 1.65V / 100mV = 16.5倍
我常用的运放电路是差分放大+偏置的结构：
// 运放电路参数计算示例
// 采样电阻：Rshunt = 10mΩ
// 最大电流：Imax = ±10A
// 采样电压：Vshunt = ±100mV
// ADC参考：Vref = 3.3V
// 偏置电压：Vbias = 1.65V
// 目标增益：G = 1.65V / 0.1V = 16.5
// 实际电路：差分放大 + 加法器
// 增益电阻：Rf = 16.5kΩ, Rg = 1kΩ
// 偏置电阻：R1 = R2 = 10kΩ
// 输出：Vout = Vbias + G * (V+ - V-)
4.7 三种方案的SVG对比图
下面这张图把三种采样方案的结构和采样时刻画清楚了，你可以对照着理解：
4.8 方案选择建议
最后给个总结性的建议，方便你根据项目需求做选择：
- 成本敏感、性能要求低：单电阻采样。但要做好PWM时序优化，否则电流环带宽上不去
- 性能与成本平衡：双电阻采样。我个人最推荐，适合大多数FOC应用
- 高性能伺服、机器人：三电阻采样。电流环带宽可以做到最高，但BOM成本也最高