A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)的那些主要指標
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2023-06-20 13:53:45
我們在選取和使用 A/D 的時候,依靠什么指標來判斷很重要。由于 AD 的種類很多,分為積分型、逐次逼近型、并行/串行比較型、Σ-Δ型等多種類型。同時指標也比較多,并且有的指標還有輕微差別,在這里我是以同學(xué)們便于理解的方法去講解,如果和某一確定類型A/D 概念和原理有差別,也不會影響實際應(yīng)用。
ADC 的位數(shù)
一個 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(shù)字量,也就是 2 的 8 次方個數(shù)據(jù)刻度。
基準源
基準源,也叫基準電壓,是 ADC 的一個重要指標,要想把輸入 ADC 的信號測量準確,那么基準源首先要準,基準源的偏差會直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果的偏差。比如一根米尺,總長度本應(yīng)該是 1 米,假定這根米尺被火烤了一下,實際變成了 1.2 米,再用這根米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(yīng)該是 5.10V,但是實際上提供的卻是 4.5V,這樣誤把 4.5V 當(dāng)成了 5.10V 來處理的話,偏差也會比較大。
分辨率
分辨率是數(shù)字量變化一個刻度時,模擬信號的變化量,定義為滿刻度量程與 2n-1 的比值。假定 5.10V 的電壓系統(tǒng),使用 8 位的 ADC 進行測量,那么相當(dāng)于 0~255 一共 256 個刻度把 5.10V 平均分成了 255 份,那么分辨率就是 5.10/255 = 0.02V。
INL(積分非線性度)和 DNL(差分非線性度)
初學(xué)者容易混淆的兩個概念就是“分辨率”和“”,認為分辨率越高,則越高,而實際上,兩者之間是沒有必然聯(lián)系的。分辨率是用來描述刻度劃分的,而是用來描述準確程度的。同樣一根米尺,刻度數(shù)相同,分辨率就相當(dāng),但是卻可以相差很大。
表示的一目了然,不需多說。和 ADC 關(guān)系重大的兩個指標是 INL(Integral NonLiner)和 DNL(Differencial NonLiner)。
INL 指的是 ADC 器件在所有的數(shù)值上對應(yīng)的模擬值,和真實值之間誤差的那一個點的誤差值,是 ADC 重要的一個指標,單位是 LSB。LSB(Least Significant Bit)是有效位的意思,那么它實際上對應(yīng)的就是 ADC 的分辨率。一個基準為 5.10V 的 8 位 ADC,它的分辨率就是 0.02V,用它去測量一個電壓信號,得到的結(jié)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,就表示這個電壓信號真實的準確值是在1.98V~2.02V 之間的,按理想情況對應(yīng)得到的數(shù)字應(yīng)該是 99~101,測量誤差是一個有效位,即 1LSB。
DNL 表示的是 ADC 相鄰兩個刻度之間的差異,單位也是 LSB。一把分辨率是 1 毫米的尺子,相鄰的刻度之間并不都剛好是 1 毫米,而總是會存在或大或小的誤差。同理,一個 ADC 的兩個刻度線之間也不總是準確的等于分辨率,也是存在誤差,這個誤差就是 DNL。
一個基準為 5.10V 的 8 位 ADC,假定它的 DNL 是 0.5LSB,那么當(dāng)它的轉(zhuǎn)換結(jié)果從 100 增加到 101 時,理想情況下實際電壓應(yīng)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 并非一定小于 1LSB,很多時候它會等于或大于 1LSB,這就相當(dāng)于是一定程度上的刻度紊亂,當(dāng)實際電壓保持不變時,ADC 得出的結(jié)果可能會在幾個數(shù)值之間跳動,很大程度上就是由于這個原因(但并不完全是,因為還有無時無處不在的干擾的影響)。
轉(zhuǎn)換速率
轉(zhuǎn)換速率,是指 ADC 每秒能進行采樣轉(zhuǎn)換的次數(shù),單位是 sps(或 s/s、sa/s,即 samples per second),它與 ADC 完成從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換所需要的時間互為倒數(shù)關(guān)系。ADC 的種類比較多,其中積分型的 ADC 轉(zhuǎn)換時間是毫秒級的,屬于低速 ADC;逐次逼近型 ADC轉(zhuǎn)換時間是微妙級的,屬于中速 ADC;并行/串行的 ADC 的轉(zhuǎn)換時間可達到納秒級,屬于高速 ADC。
ADC 的這幾個主要指標大家先熟悉一下,對于其它的,作為一個入門級別的選手來說,先不著急深入理解。以后使用過程中遇到了,再查找相關(guān)資料深入學(xué)習(xí),當(dāng)前重點是在頭腦中建立一個 ADC 的基本概念。
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