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。