教你如何选择ADC,ADC常见参数理解

2017年08月20日 09:08    技术小白
关键词: ADC , 误差 , 转速率 , 分辨率
ADC 参数解释:

1. 分辩率(Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量,定义为满刻度与 2n 的 比值。分辩率又称精度,通常以数字信号的位数来表示。

2. 转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的 AD 转换所需的时间的倒数。 积分型 AD 的转换时间是毫秒级属低速 AD,逐次比较型 AD 是微秒级属中速 AD,全并行/ 串并行型 AD 可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念,是指两次转换的间隔。为了保 证转换的正确完成,采样速率(Sample Rate)必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将 转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是 ksps 和 Msps,表示每秒 采样千/百万次(kilo / Million Samples per Second)。

3. 量化误差(Quantizing Error) 由于 AD 的有限分辩率而引起的误差,即有限分辩率 AD 的阶梯 状转移特性曲线与无限分辩率 AD(理想 AD)的转移特性曲线(直线)之间的最大偏差。 通常是 1 个或半个最小数字量的模拟变化量,表示为 1LSB、1/2LSB。

4. 偏移误差(Offset Error) 输入信号为零时输出信号不为零的值,可外接电位器调至最小。

5. 满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。

6. 微分非线性(Differential nonlinearity,DNL)ADC 相邻两刻度之间最大的差异。

7. 积分非线性(Integral nonlinearity,INL)表示了 ADC 器件在所有的数值点上对应的模拟值 和真实值之间误差最大的那一点的误差值,也就是输出数值偏离线性最大的距离。

8. 总谐波失真(Total Harmonic Distotortion 缩写 THD)。
ADC 的选择:

首先看精度和速度,然后看输入通道数,输出的接口如 SPI 或者并行的,差分 还是单端输入的,输入范围是多少。如何选择你所需要的器件呢?要综合设计的诸项因素,系统技 术指标、成本、功耗、安装等,最主要的依据还是速度和精度。

1. 精度与所测量的信号范围有关,但估算时要考虑到其他因素,转换器位数应该比总精度要 求的最低分辩率高一位。常见的 AD/DA 器件有 8 位,10 位,12 位,14 位,16 位等。

2. 速度根据输入信号的最高频率来确定,保证 ADC 的转换速率高于系统要求的采样频率。

3. 通道有的单芯片内部含有多个 AD/DA 模块,可同时实现多路信号的转换;常见的多路 AD 器件只有一个公共的 AD 模块,由一个多路转换开关实现分时转换。 4. 数字接口方式接口有并行/串行之分,串行又有 SPI、I2C、SM 等多种不同标准。数值编码 通常是二进制,也有 BCD(二~十进制)、双极性的补码、偏移码等。 5. 模拟信号类型通常 AD 器件的模拟输入信号都是电压信号,而 DA 器件输出的模拟信号有 电压和电流两种。 6. 同时根据信号是否过零,还分成单极性(Unipolar)和双极性(Bipolar)。 7. 电源电压有单电源,双电源和不同电压范围之分,早期的 AD/DA 器件要有+15V/-15V,如 果选用单+5V 电源的芯片则可以使用单片机系统电源。 8. 基准电压有内、外基准和单、双基准之分。 9. 功耗一般 CMOS 工艺的芯片功耗较低,对于电池供电的手持系统对功耗要求比较高的场合 一定要注意功耗指标。 10. 封装形式:常见的封装是 DIP,现在表贴型 SO 封装的应用越来越多。 11. 跟踪/保持(Track/Hold 缩写 T/H)原则上直流和变化非常缓慢的信号可不用采样保持,其 他情况都应加采样保持。 12. 满幅度输出(Rail-to Rail) 新近业界出现的新概念,最先应用于运算放大器领域,指输出电 压的幅度可达输入电压范围。在 DA 中一般是指输出信号范围可达到电源电压范围。(国 内的翻译并不统一,如“轨-轨”、“满摆幅”) 主要针对高精度测量类的 AD. • 参考电压需要足够精确,推荐使用外部高精准参考电压。 • 如果 PGA 可调,增益系数一般是越小噪声越低。 • 一般最好用到满量程,此时 AD 精度不浪费。 • 如果有偏置,需要进行自校。


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