教你如何選擇A/D芯片

A/D器件和芯片是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集的常用外圍器件。A/D轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，首先碰到的就是如何選擇合適的 A/D轉(zhuǎn)換器以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的問題。選擇A/D轉(zhuǎn)換器件需要考慮器件本身的品質(zhì)和應(yīng)用的場(chǎng)合要求，基本上，可以根據(jù)以下幾個(gè)方面的指標(biāo)選擇一個(gè)A/D 器件。

(1)A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)

A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定，應(yīng)該從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)平滑性這兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。從靜態(tài)精度方面來(lái)說(shuō)，要考慮輸入信號(hào)的原始誤差傳遞到輸出所產(chǎn)生的誤差，它是模擬信號(hào)數(shù)字化時(shí)產(chǎn)生誤差的主要部分。量化誤差與A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)有關(guān)。一般把8位以下的A/D轉(zhuǎn)換器歸為低分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，9~12位的稱為中分辨率轉(zhuǎn)換器，13位以上的稱為高分辨率轉(zhuǎn)換器。10位A/D芯片以下誤差較大，11位以上對(duì)減小誤差并無(wú)太大貢獻(xiàn)，但對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的要求卻提得過(guò)高。因此，取10位或11位是合適的。由于模擬信號(hào)先經(jīng)過(guò)測(cè)量裝置，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后才進(jìn)行處理，因此，總的誤差是由測(cè)量誤差和量化誤差共同構(gòu)成的。A/D轉(zhuǎn)換器的精度應(yīng)與測(cè)量裝置的精度相匹配。也就是說(shuō)，一方面要求量化誤差在總誤差中所占的比重要小，使它不顯著地?cái)U(kuò)大測(cè)量誤差;另一方面必須根據(jù)目前測(cè)量裝置的精度水平，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)提出恰當(dāng)?shù)囊蟆?/p>

目前，大多數(shù)測(cè)量裝置的精度值不小于0.1%~0.5%，故A/D轉(zhuǎn)換器的精度取0.05%~0.1%即可，相應(yīng)的二進(jìn)制碼為10~11位，加上符號(hào)位，即為11~12位。當(dāng)有特殊的應(yīng)用時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器要求更多的位數(shù)，這時(shí)往往可采用雙精度的轉(zhuǎn)換方案。

(2)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率

A/D轉(zhuǎn)換器從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出穩(wěn)定的數(shù)字量，需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)就是每秒鐘能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)，稱為轉(zhuǎn)換速率。

確定A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)的采樣速率。例如，如果用轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us($1.6606)的A/D轉(zhuǎn)換器，則其轉(zhuǎn)換速率為10KHz。根據(jù)采樣定理和實(shí)際需要，一個(gè)周期的波形需采10個(gè)樣點(diǎn)，那么這樣的A/D轉(zhuǎn)換器最高也只有處理頻率為1KHz的模擬信號(hào)。把轉(zhuǎn)換時(shí)間減小，信號(hào)頻率可提高。對(duì)一般的單片機(jī)而言，要在采樣時(shí)間內(nèi)完成A/D轉(zhuǎn)換以外的工作，如讀數(shù)據(jù)、再啟動(dòng)、存數(shù)據(jù)、循環(huán)計(jì)數(shù)等已經(jīng)比較困難了。

(3)采樣/保持器

采集直流和變化非常緩慢的模擬信號(hào)時(shí)可不用采樣保持器。對(duì)于其他模擬信號(hào)一般都要加采樣保持器。如果信號(hào)頻率不高，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間短，即采樣高速A/D時(shí)，也可不用采樣/保持器。

(4)A/D轉(zhuǎn)換器量程

A/D轉(zhuǎn)換時(shí)需要的是雙極性的，有時(shí)是單極性的。輸入信號(hào)最小值有的從零開始，也有從非零開始的。有的轉(zhuǎn)換器提供了不同量程的引腳，只有正確使用，才能保證轉(zhuǎn)換精度。在使用中，影響A/D轉(zhuǎn)換器量程的因素有：量程變換和雙極性偏置;雙基準(zhǔn)電壓;A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部比較器輸入端的正確使用。

(5)滿刻度誤差

滿度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。

(6)線性度

實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移。