1、-.z.z.ADC 選型手冊一 ADC 的定義模數(shù)轉換器即 A/D 轉換器，或簡稱 ADC，(簡稱 a/d 轉換器或 adc,analog to digital converter常是指一個將模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件 號轉換為一個輸出的數(shù)字信號故任何一個模數(shù)轉換器都需要一個參考模擬量作為轉換的標準 的可轉換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。二 ADC 的根本原理在 A/D進展轉換時只能按確定的時間間隔對輸入的模擬信號進展采樣 的數(shù)字量。通常A/D 轉換需要經(jīng)過采樣、保持量化、編碼四個步驟。也可將采樣、保持合為一步，量化、編碼合為一步，共兩大步來完成。(1)采樣

2、和保持：采樣，就是對連續(xù)變化的模擬信號進展定時測量，抽取其樣值。采樣完畢后，再將此 取樣信號保持一段時間使 A/D 轉換器有充分的時間進展 A/D 轉換采樣保持電路就是完成該任務的。其中，采樣脈沖的頻率越高，采樣越密，采樣值就越多，其采樣保持電路的輸出信號就越接近于輸入信號的波形因此對采樣頻率就有確定的要求必需滿足采樣定 理即：2fIma*其中 fIma* 是輸入模擬信號頻譜中的最高頻率2量化和編碼：*個最小單位電壓稱為量化級 ,A 稱為量化單位。所謂編碼 , 就是用二進制代碼來表示量化后的量化電平。采樣后得到的采樣值不行能剛好是*個量化基準值 , 總會有確定的誤差 , 這個誤差稱為量化誤差。

3、明顯 , 量化級越細 , 量化誤差就越小 , 但是 , 所用的二進制代碼的位數(shù)就越多 , 電路也將越簡潔。量化方法除了上面所述方法外 , 還有舍尾取整法 , 這里不再贅述。采樣的話時間格外短,起動 ADAD 轉換需要時間，轉換完成后有標志位變了，表示轉換完成，可不斷查詢標志位狀態(tài)，標志位變了轉換完成后，就可讀取數(shù)據(jù)。假如 CPU 忙，可用中斷方式，開 AD 轉換中斷，得有線路硬件，AD 轉換完成后自動申請中斷，中斷讀取數(shù)據(jù)很快。3ADC 的根本構造及相關解釋1其中濾波器打算 ADC 的采樣頻率能夠采樣多大頻率的模擬信號 依據(jù)香濃采樣定理和輸入信號的頻率圍，確定相應的濾波帶寬。在Nyquist

4、采樣定理中已經(jīng)2 倍的最高信號頻率采樣才能保證低通濾波器是硬件實現(xiàn)的。另一方面，實際狀況中我們也只會對*個頻頻段的信號感愛好， 局部在 5KHz 以下，我們則可以設置低通濾波器的截止頻率在7KHz 左右。程控的實現(xiàn)方法就是使用模擬通道選擇芯片如74VHC40512A/D A/DA/D 轉換器能完成多個模擬信號的轉換。3采樣保持電路：A/D 轉換器完成一次轉換需要時間，在這段時AD 轉換的精度。更為具體的描述如下：將采樣頻率提高到 kfsk2稱為過采樣。4量化和編碼三 ADC 的分類1積分型積分型D 器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點是用簡潔電路就能獲得高辨別率，但缺點是由于轉換精度依 賴于積分時間，

5、因此轉換速率極低。初期的單片AD 轉換器大多接受積分型，現(xiàn)在逐次比擬型已逐步成為主流。2逐次比擬型逐次比擬型 AD 由一個比擬器和 DA 轉換器通過逐次比擬規(guī)律構成，從MSB 開場，挨次地對每一位將輸入電壓與置 DA 轉換器輸出進展比擬，經(jīng)n 次比擬而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點是速度較高、功耗低，在低分辯率12 位時價格很高。具體工作過程如下，舉例說明：設逐次靠近存放器 SAR是 8 位，基準電壓 10.24V，模擬輸入電壓 8.3V，轉換成二進制數(shù)碼。工作過程如下：轉換開場之前，先將 SAR 清零；3并行比擬型/串并行比擬型并行比擬型 ADFLash(快速)型。由于轉換速率極高，

6、n 位的轉換需要 2n-1 個比擬器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻 AD 轉換器等速度特殊高的領域。串并行比擬型 AD 構造上介于并行型和逐次比擬型之間，最典型的是由2 個 n/2 位的并行型AD 轉換器協(xié)作 DAHalf flash(半快速)型。還有分成三步或多步實現(xiàn) AD 轉換的叫做分級Multistep/Subrangling型AD，而從轉換時序角度又可稱為流水線Pipelined型 AD，現(xiàn)代的分級型 AD 中還參與了對屢次轉換結果作數(shù)字運AD 速度比逐次比擬型高，電路規(guī)模比并行型小。應用場合：這種 ADC 的最大優(yōu)點是具有較快的轉換速度，但是，所用的比擬器和其他硬件較多

7、，輸出數(shù)字量位數(shù)越多，轉換電路將越簡潔。因此，這種類型的轉換器適用于高速度、低精度要求的場合。優(yōu)點：模數(shù)轉換的速度高缺點：辨別率不高，功耗大、本錢高4-(Sigma-delta)調制型如 AD7705- 型 AD 又稱為過采樣轉換器，由積分器、比擬器、1 位 DA 轉換器和數(shù)字濾波器等組量。- 型 ADC 根本原理：- 型 ADC 包含了 1 個差分放大器、1 個積分器、1 個比擬器、以及由 1 位 DA一個簡潔的開關，可以將差分放大器的反相輸入端接到正或者負參考電壓的構成的反應環(huán)。反應DAC 的作用是使積分器的平均輸出電壓接近于比擬器的參考電平。- 型 ADC 原理框圖從 - 型 ADC 的

8、原理框圖可以看出，- 型結合了逐次比擬型和積分型 ADC。5ADC6) 流水線型 ADC四名詞解釋:(1)ADC采樣速率S 簡介e per 每秒采樣次是衡量數(shù)模轉時采樣速率的單位留意采樣速率和轉換速率的區(qū)分數(shù)模轉換是先采樣再轉換采樣速率 小于等于轉換速率的采樣才是有意義的即采樣時間大于轉換時間才是有意義的類似的單 位有 KSPS每秒采樣多少千次、MSPS每秒采樣多少兆次等。ksps 表示每秒采樣千次，是轉化速率的單位。2ADC 的轉換速率和轉換時間Conversion time and Conversion rate 所謂的轉換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉換到數(shù)字

9、的AD 轉換所需的時間的倒數(shù)。積分型AD 的轉換時間是毫秒級屬低速AD，逐次比擬型AD 是微秒級屬中速 AD，全并行/串并行型 AD了保證轉換的正確完成，采樣速率(Sample Rate)必需小于或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以承受的。常用單位是ksps 和 Msps，表示每秒采樣千/百萬次kilo / Million Samples per SecondThroughPut Rate 稱為輸出速率，或者吞吐速率、轉換速率。轉換速率這個名詞有些資料用 Conversion rate 表示，有些資料用ThroughPut Rate 或者 T-Put Rate

10、 表示。在選擇一個AD 轉換芯片的時候要考慮到位數(shù)、轉換速度、輸出方式等。位數(shù)很簡潔理解，由辨別率打算。 成一個完整的轉換周期。比方ADI 生產(chǎn)的 AD7610，轉換周期為4us，也就是第i 次轉換開場經(jīng)過 4us樣，因此打算了采樣頻率的上限。ADC 的轉換速度主要取決于轉換電路的類型。并聯(lián)比擬型 ADC 的轉換速度最快，如一個 8 位二進制集成ADC 的轉換時間可在 50ns 之；逐次比擬型 ADC 的轉換時間都在 10100us 之間，較快的也1usADCms引申：轉換時間與轉換精度、信號頻率的關系 A/D 轉換器轉換時間取決于所要求的轉換精度和被轉換信號的頻率。以圖所示的正弦信號為例，爭

11、辯它們之間的關系。 A/D 轉換器2ADC 的參考電壓基準電壓為 2.5V，則當被測信號到達 2.5V 時 ADCADC 輸出的滿量程等于 2.5V。不同的 ADC，有的是外接基準，也有的是置基準無需外接，還有的ADC 外接基準和置基準都可以用，但外接基準優(yōu)先于置基準。就實際的工程應用而言，大多數(shù)狀況下真正關懷的是參考電壓的穩(wěn)定性而不是確定值。之間抖動可能就有問題。對于 ADC 的來說，為了最大話復原輸入的模擬信號，輸入信號的最大值應是ADC 的參考電ADCADC 損壞。輸入信號最大值假如小于 ADC 的參考電壓，由于不能滿量程輸出，會引入誤差還會導致精度的下降。3ADC 的辨別率ADC 的辨

12、別率是指輸出數(shù)字量變化一個最低有效位所對應的輸入模擬電壓的變化量。如 ADC 輸入模擬電壓圍為 0 到 10V ， 輸出為 10 位二進制數(shù)， 則辨別率為U 2n10，此處得出的 9.77mV 還有另外一個概念，最低有效位，也即1LSBV，此處得出的 9.77mV 還有另外一個概念，最低有效位，也即1LSB210辨別率有時也用最低有效位LSB辨別率有時也用最低有效位LSB 的量化步長表示。10V 也稱為滿量程電壓，即 FSR。注：滿量程電壓其實就是 ADC 的參考電壓，參考電壓后面會有描述，由于ADC 所能測量最大電壓實際為ADC 的參考電壓。因此辨別率辨別率量化單位1LSB也可如下表示LSB

13、LSBVref2N。此外 ADC 的辨別率還有另外的幾種描述，每種描述不盡一樣但所要表達的意思全都。ADC 的辨別率指的是AD 轉換器所能辨別模擬輸入信號的最小變化量。辨別率 FSR設 AD 轉換器的位數(shù)為n，滿量程電壓為 FSR，則辨別率定義為：2nAD 轉換器辨別率的上下取決于位數(shù)的多少AD 轉換器辨別率的上下取決于位數(shù)的多少ADC 辨別率為抱負狀況下辨別率，辨別率通常隨著噪聲和非線性的增加而下降,因此,描述ADC 真正的辨別率還應包括靜態(tài)和動態(tài)誤差。4ADC 轉換誤差有時也稱轉換精度、確定精度、量化誤差。通常以確定誤差形式給出，它表示實際輸相對精度 確定精度100%FSR轉換誤差是從時序

14、變化信號中可別離出的最小信息量信息，以我們爭辯ADC 來說，量化誤差就是最小步距代表的電壓，在AD 轉換時，量化帶的任意模擬輸入電壓都能產(chǎn)生同一輸出數(shù)碼。 確定精度 14.9974.999)50.002(V)2(mV。 確定誤差一般（2都在 1LSB、 1 LSB圍。2注：轉換精度和辨別率是兩個不同的概念 辨別率是指轉換器所能辨別的模擬信號的最小變化值 精度是指轉換后所得結果相對于實際值的精確度；相關引申：簡潔點說，“精度“辨別率是用來描述刻度劃分的?？梢耘e一個通俗的例子：有這么一把常見的塑料尺，它的量程是10 厘米，上面有 10011量程的 1%；而它的實際精度就不得而知了算是0.1100“

15、辨別率還是 1 毫米，跟原來一樣！然而，您還會認為它的精度還是原來的0.1 毫米么？假定我們需要 0.1%或者說 10 位的精度(1/210)，只有選擇一個具有更高辨別率的轉換器才有意義。假如是一個 1212 位的性能(實際狀況可能更好或更糟)。舉例來說，一個具有 4LSB INLINL 下面會講到的 12 位 ADC，最多只能供應 10 位的精度。一個具有 0.5LSB INL 的 12 位 ADC 器件則可供應 0.0122%的誤差或 13 位的精度。要計INL2N，其中N 是轉換器位數(shù)。-4影響 ADC 精度的靜態(tài)指標 (FullScaleError)滿度輸出時對應的輸入信號與抱負輸入信

16、號值之差，也叫增益誤差。該誤差使傳輸特性曲線繞坐標原點偏離抱負特性曲線確定的角度，如下列圖所示： 在確定溫度下，可通過外部電路的調整使K=1，從而消退增益誤差。 偏移誤差(Offset Error)偏移誤差的定義是指當輸入信號為零時，輸出信號不為零的值。這個誤差可用外接電位器將其調至最小。但當溫度變化時，偏移電壓又將毀滅。以上兩種誤差都可以通過微把握器進展校準修正。 DNL(Differential Nonlinearity) 差分非線性ADC 相鄰兩刻度之間最大的差異就叫微分非線性 DNL，也稱為差分非線性。同樣舉例來說明，假如對于12bit 的 ADC，其INL8LSB，DNL3LSB，在

17、基準電壓為 4.095V 時，測得A 電壓對應讀數(shù)為 1000b，測得B 電壓對應讀數(shù)為 1200bB 點電壓值比A 點高出 197mV 到 203mV，而不是200mV圖中，001b 到 010b 碼制過渡過程的 DNL 為 0LSB，由于剛好為1LSB000b 到 001b 過渡就有個 0.2LSB 的 DNL，由于此時有1.2LSB 的代碼寬度。應當留意：假如在ADC 或者 DAC的 datasheet 中沒有清楚說明 DNL 參數(shù)的話，可視該轉換器沒有漏碼，即示意它有優(yōu)于正負1LSBDNL。 INL(Integral nonlinearity) 積分非線性積分非線性表示了 ADC 器件

18、在全部的數(shù)值點上對應的模擬值和真實值之間誤差最大的那一點的誤差值，也就是輸出數(shù)值偏離線性最大的距離。單位是LSB。例如，一個12bit 的 ADCINL 值為 1LSB，則，對應基準 4.095V，測*電壓得到的轉換結果是 1000b，則，真實電壓值可能0.999V1.001V總之，非線性微分和積分是指代碼轉換與抱負狀態(tài)之間的差異。非線性微分(DNL)主要是代碼步距與理論步距之差，而非線性積分 (INL)則關注全部代碼非線性誤差的累計效應。對一.z.-個 ADC 來說，一段圍的輸入電壓產(chǎn)生一個給定輸出代碼，非線性微分誤差為正時輸入電壓個輸入電壓代碼步距差異累積起來以后和抱負值相比會產(chǎn)生一個總差

19、異性積分誤差。線性誤差是由AD 轉換器特性隨模擬輸入信號幅值變化而引起的，因此，線性誤差是不能進展補償?shù)摹?ADC SNR 信噪比 聲電壓的比，經(jīng)常用分貝數(shù)表示。設備的信噪比越高說明它產(chǎn)生的雜音越少。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，聲音回放的音質量越高，否則相反。信噪比指輸出信號功耗和噪聲功耗間的比值，用表示。PSNR 10logsignalPnoise其中，信號是指頻譜圖中基波重量的有效值，噪聲總能量信號能SNR 6.02N 1.76)dB 總諧波失真THD總諧波失真：整個頻帶中各次諧波的功率之和。 信號與噪聲+失真比SINAD信噪失真比：根本的信號功耗與全部諧波失真，混疊諧波以及全部的噪聲功耗之和的比值。它是衡量模數(shù)轉換器最重要的指標。與輸入信號頻率、