17 2 A D 模數轉換 的主要指標

2021-07-14 14:58:10 字數 1943 閱讀 7570

我們在選取和使用 a/d 的時候,依靠什麼指標來判斷很重要。由於 ad 的種類很多,分為積分型、逐次逼近型、並行/序列比較型、σ-δ型等多種型別。同時指標也比較多,並且有的指標還有輕微差別,在這裡我是以同學們便於理解的方法去講解,如果和某一確定型別a/d 概念和原理有差別,也不會影響實際應用。乙個 n 位的 adc 表示這個 adc 共有 2 的 n 次方個刻度。8 位的 adc,輸出的是從 0~255 一共 256 個數字量,也就是 2 的 8 次方個資料刻度。基準源,也叫基準電壓,是 adc 的乙個重要指標,要想把輸入 adc 的訊號測量準確,那麼基準源首先要準,基準源的偏差會直接導致轉換結果的偏差。比如一根公尺尺,總長度本應該是 1 公尺,假定這根公尺尺被火烤了一下,實際變成了 1.2 公尺,再用這根公尺尺測物體長度的話自然就有了較大的偏差。假如我們的基準源應該是 5.10v,但是實際上提供的卻是 4.5v,這樣誤把 4.5v 當成了 5.10v 來處理的話,偏差也會比較大。解析度是數字量變化乙個最小刻度時,模擬訊號的變化量,定義為滿刻度量程與 2n-1 的比值。假定 5.10v 的電壓系統,使用 8 位的 adc 進行測量,那麼相當於 0~255 一共 256 個刻度把 5.10v 平均分成了 255 份,那麼解析度就是 5.10/255 = 0.02v。初學者最容易混淆的兩個概念就是「解析度」和「精度」,認為解析度越高,則精度越高,而實際上,兩者之間是沒有必然聯絡的。解析度是用來描述刻度劃分的,而精度是用來描述準確程度的。同樣一根公尺尺,刻度數相同,解析度就相當,但是精度卻可以相差很大,如圖 17-2 所示。

圖 17-2  公尺尺精度對比

圖 17-2 表示的精度一目了然,不需多說。和 adc 精度關係重大的兩個指標是 inl(integral nonliner)和 dnl(differencial nonliner)。

inl 指的是 adc 器件在所有的數值上對應的模擬值,和真實值之間誤差最大的那乙個點的誤差值,是 adc 最重要的乙個精度指標,單位是 lsb。lsb(least significant bit)是最低有效位的意思,那麼它實際上對應的就是 adc 的解析度。乙個基準為 5.10v 的 8 位 adc,它的解析度就是 0.02v,用它去測量乙個電壓訊號,得到的結果是 100,就表示它測到的電壓值是 100*0.02v=2v,假定它的 inl 是 1lsb,就表示這個電壓訊號真實的準確值是在1.98v~2.02v 之間的,按理想情況對應得到的數字應該是 99~101,測量誤差是乙個最低有效位,即 1lsb。

dnl 表示的是 adc 相鄰兩個刻度之間最大的差異,單位也是 lsb。一把解析度是 1 公釐的尺子,相鄰的刻度之間並不都剛好是 1 公釐,而總是會存在或大或小的誤差。同理,乙個 adc 的兩個刻度線之間也不總是準確的等於解析度,也是存在誤差,這個誤差就是 dnl。

乙個基準為 5.10v 的 8 位 adc,假定它的 dnl 是 0.5lsb,那麼當它的轉換結果從 100 增加到 101 時,理想情況下實際電壓應該增加 0.02v,但 dnl 為 0.5lsb 的情況下實際電壓的增加值是在 0.01~0.03v 之間。值得一提的是 dnl 並非一定小於 1lsb,很多時候它會等於或大於 1lsb,這就相當於是一定程度上的刻度紊亂,當實際電壓保持不變時,adc 得出的結果可能會在幾個數值之間跳動,很大程度上就是由於這個原因(但並不完全是,因為還有無時無處不在的干擾的影響)。轉換速率,是指 adc 每秒能進行取樣轉換的最大次數,單位是 sps(或 s/s、sa/s,即 samples per second),它與 adc 完成一次從模擬到數字的轉換所需要的時間互為倒數關係。adc 的種模擬較多,其中積分型的 adc 轉換時間是毫秒級的,屬於低速 adc;逐次逼近型 adc轉換時間是微妙級的,屬於中速 adc;並行/序列的 adc 的轉換時間可達到納秒級,屬於高速 adc。

adc 的這幾個主要指標大家先熟悉一下,對於其它的,作為乙個入門級別的選手來說,先不著急深入理解。以後使用過程中遇到了,再查詢相關資料深入學習,當前重點是在頭腦中建立乙個 adc 的基本概念。

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