我们在选取和使用A/D的时候,依靠什么指标来判断很重要。由于AD的种类很多,分为积分型、逐次逼近型、并行/串行比较型、Σ-Δ型等多种类型。同时指标也比较多,并且有的指标还有轻微差别,在这里我是以同学们便于理解的方法去讲解,如果和某一确定类型A/D概念和原理有差别,也不会影响实际应用。
1、ADC的位数。
一个n位的ADC表示这个ADC共有2的n次方个刻度。8位的ADC,输出的是从0到255一共256个数字量,也就是2的8次方个数据刻度。
2、基准源
基准源,也叫基准电压,是ADC的一个重要指标,要想把输入ADC的信号测量准确,那么基准源首先要准,基准源的偏差会直接导致转换结果的偏差。比如一根米尺,总长度本应该是1米,假定这根米尺被火烤了一下,实际变成了1.2米,再用这根米尺测物体长度的话自然就有了较大的偏差。假如我们的基准源应该是5.10V,但是实际上提供的却是4.5V,这样误把4.5V当成了5.10V来处理的话,偏差也会比较大。
3、分辨率
分辨率是数字量变化一个最小刻度时,模拟信号的变化量,定义为满刻度量程与2n-1的比值。5.10V的电压系统,使用8位的ADC进行测量,那么相当于0到255一共256个刻度,把5.10V平均分成了255份,那么分辨率就是5.10/255=0.02V。
4、INL(积分非线性度)和DNL(差分非线性度)
初学者最容易混淆的两个概念就是“分辨率”和“精度”,认为分辨率越高,则精度越高,而实际上,两者之间是没有必然联系的。分辨率是用来描述刻度划分的,而精度是用来描述准确程度的。同样一根米尺,刻度数相同,分辨率就相当,但是精度却可以相差很大,如图1所示。
图1米尺精度对比
图1表示的精度一目了然,不需多说。和ADC精度关系重大的两个指标是INL(IntegralNonLiner)和DNL(DifferencialNonLiner)。
INL指的是ADC器件在所有的数值上对应的模拟值,和真实值之间误差最大的那一个点的误差值,是ADC最重要的一个精度指标,单位是LSB。LSB(LeastSignificantBit)是最低有效位的意思,那么它实际上对应的就是ADC的分辨率。一个基准为5.10V的8位ADC,它的分辨率就是0.02V,用它去测量一个电压信号,得到的结果是100,就表示它测到的电压值是100*0.02V=2V,假定它的INL是1LSB,就表示这个电压信号真实的准确值是在1.98V~2.02V之间的,按理想情况对应得到的数字应该是99~101,测量误差是一个最低有效位,即1LSB。
DNL表示的是ADC相邻两个刻度之间最大的差异,单位是LSB。一把分辨率是1毫米的尺子,相邻的刻度之间并不都刚好是1毫米,而总是会存在或大或小的误差。同理,一个ADC的两个刻度线之间也不总是准确的等于分辨率,也是存在误差,这个误差就是DNL。一个基准为5.10V的8位ADC,假定它的DNL是0.5LSB,那么当它的转换结果从100增加到101时,理想情况下实际电压应该增加0.02V,但DNL为0.5LSB的情况下实际电压的增加值是在0.01~0.03之间。值得一提的是DNL并非一定小于1LSB,很多时候它会等于或大于1LSB,这就相当于是一定程度上的刻度紊乱,当实际电压保持不变时,ADC得出的结果可能会在几个数值之间跳动,很大程度上就是由于这个原因(但并不完全是,因为还有无时无处不在的干扰的影响)。
5、转换速率
转换速率,是指ADC每秒能进行采样转换的最大次数,单位是sps(或s/s、sa/s,即samplespersecond),它与ADC完成一次从模拟到数字的转换所需要的时间互为倒数关系。ADC的种类比较多,其中积分型的ADC转换时间是毫秒级的,属于低速ADC;逐次逼近型ADC转换时间是微妙级的,属于中速ADC;并行/串行的ADC的转换时间可达到纳秒级,属于高速ADC。
ADC的这几个主要指标大家先熟悉一下,对于其他的,作为一个入门级别的选手来说,先不着急深入理解。以后使用过程中遇到了,再查找相关资料深入学习,当前重点是在头脑中建立一个ADC的基本概念。