推開(kāi)ADC的大門(mén)，深入了解高分辨率ADC

ADC，也就是我們常說(shuō)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在往期ADC文章中，小編對(duì)ADC的優(yōu)勢(shì)、ADC的應(yīng)用、流水線ADC以及ADC誤差等有所闡述。為增進(jìn)大家對(duì)ADC的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)高分辨率ADC予以介紹。如果你對(duì)ADC具有興趣，不妨和小編一起繼續(xù)往下閱讀哦。

高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)極寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，例如環(huán)境聲壓計(jì)要能在60至80db范圍內(nèi)檢測(cè)信號(hào)。如果使用相對(duì)低分辨率的adc，如10位有效分辨率，高電平信號(hào)的分辨率可能接近10位。然而，對(duì)于低電平信號(hào)，如果小于滿(mǎn)量程的10%，其有效分辨率可能不超過(guò)6或7位。因此在很多情況下，對(duì)于精度只有1%的傳感器來(lái)說(shuō)，等效精度為0.1%的10位分辨率足夠了。然而，對(duì)于更低電平信號(hào)，有效分辨率可能小于1%。

在相對(duì)較低分辨率adc之前連接可編程增益放大器(pga)。

史上，pga方法曾經(jīng)非常流行，因?yàn)榕c較低成本adc配對(duì)使用時(shí)，它比高分辨率adc更具成本優(yōu)勢(shì)。此方法特別適用于輸入信號(hào)接近0v但具有較寬動(dòng)態(tài)范圍的情況。 　這類(lèi)似于過(guò)程控制系統(tǒng)，需要監(jiān)控具有不同信號(hào)范圍的各種傳感器信號(hào)，例如聲壓計(jì)。如果對(duì)較寬動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)進(jìn)行增益范圍調(diào)整，所產(chǎn)生的最關(guān)鍵誤差是“交越不匹配”。 　這意味著當(dāng)pga切換到不同的增益值時(shí)，數(shù)字輸出可能在那個(gè)點(diǎn)發(fā)生上下跳變。因此，在每一級(jí)都必須小心匹配增益來(lái)降低這種影響。從不同信號(hào)源中復(fù)用信號(hào)時(shí)，這個(gè)問(wèn)題并不重要。然而，這與系統(tǒng)是否針對(duì)每個(gè)信號(hào)設(shè)計(jì)固定增益有關(guān)，或者對(duì)于較寬范圍信號(hào)輸入進(jìn)行動(dòng)態(tài)增益切換。 　增益范圍調(diào)整方法會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題： 　雖然可驅(qū)動(dòng)一個(gè)12位adc，但如果在其前放置一個(gè)增益為27 = 128的放大器，則放大器的有效輸入噪聲和失調(diào)電壓精度必須為18位。對(duì)于采用固定增益運(yùn)算放大器，這會(huì)有問(wèn)題，而采用pga切換時(shí)，問(wèn)題可能還會(huì)更嚴(yán)重。這樣，將精度要求從adc轉(zhuǎn)移到pga，卻沒(méi)有帶來(lái)任何好處。 　在進(jìn)行增益切換時(shí)，必須先對(duì)信號(hào)有所了解?？墒褂胊dc的超量程輸出，并配合軟件，或者通過(guò)比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程很麻煩，而且切換時(shí)間也會(huì)是個(gè)問(wèn)題。(也許您還記得古老的增益范圍調(diào)整dvm，在改變范圍時(shí)它的速度有多慢!)可以對(duì)增益為128的精密低噪聲運(yùn)算放大器進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析：計(jì)算有效輸出噪聲和失調(diào)電壓，并與低分辨率adc的最低有效位(lsb)進(jìn)行比較。然而，在高增益模式下，運(yùn)算放大器的線性度會(huì)是個(gè)問(wèn)題。

單個(gè)高分辨率adc的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單。如果使用16位adc，對(duì)于較小動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)，丟失3、4或5位會(huì)使該信號(hào)的有效分辨率降至11至14位。然而，對(duì)于大多數(shù)傳感器來(lái)說(shuō)此精度足夠了，因?yàn)閍dc的精度相當(dāng)于0.05%或更佳。 　由于這些器件的價(jià)格最近已降到5美元或更低，因此成本將不再是需要考慮的因素。如果需要更高的有效分辨率，或者需要適應(yīng)更寬的動(dòng)態(tài)范圍，可以使用18至24位的adc，仍然能提供性?xún)r(jià)比較高也更簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。

許多ADC用于測(cè)量靜態(tài)信號(hào)的電平或大小。應(yīng)用包括重量，壓力和溫度的測(cè)量。這些應(yīng)用涉及需要高分辨率和高精度的低電平信號(hào)。一個(gè)示例是可以承受5 kg負(fù)載，但仍可將測(cè)量結(jié)果解析為10毫克的秤。

當(dāng)使用高分辨率ADC時(shí)，需要了解與轉(zhuǎn)換過(guò)程相關(guān)的誤差和噪聲。本應(yīng)用筆記的目的是展示如何使用直方圖分析來(lái)量化靜態(tài)性能。收集數(shù)據(jù)樣本集并用于測(cè)量噪聲和偏移。統(tǒng)計(jì)技術(shù)用于確定與估計(jì)相關(guān)的“優(yōu)”和置信區(qū)間。解決平均問(wèn)題是減少不確定性和提高分辨率的一種手段。

通過(guò)上面的介紹，高分辨率ADC的一些知識(shí)已經(jīng)映入了大家的眼簾。針對(duì)應(yīng)用環(huán)境的不同，大家可以適當(dāng)選擇高分辨率ADC作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

以上便是此次小編帶來(lái)的“ADC”相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)本文，希望大家對(duì)高分辨率ADC具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來(lái)更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!