AD转换参数指标

1.分辨率

AD转换器的分辨率以二进制数的尾数表示。

eg:8位AD,输入的信号5V,那么这个AD能够识别输入的最小电压是:5/2^8=5/256=19.53mv

再比如:某个8位AD能识别-10V至+10V,若最高位表示正负符号,那么其能够识别输入的最小电压是:20/2^7=20/128=156mv

2.转换误差

表示AD转换器实际输出的数字量与理论输出数字量之间差别

理想状态下:输入模拟信号所有转换点应当与实际值在同一点直线上。

但是实际不能做到完美符合,有环境因素或者芯片本身的误差等,所以想要真正准确就需要做校准。

举例:满量程输入范围为4.096V的12位转换器中:

失调误差 =±3LSB

增益误差 =±5LSB   (如增益误差 =±0.2%,就是4096*0.002 约=±8mv)

LSB (Least Significant Bit),意思为最低有效位

所以这里LSB值:4.096/4096 = 1mv

失调误差是指在输入为零电压时,采集获得的数字量并不为零,它与理想转移函数的零点总是差一个固定的量,这个量就是失调误差.

增益误差,是数据转换器的增益误差,代表实际传输函数的斜率与理想传输函数的斜率的差别

通俗来讲,增益误差是实际数值与理想数值之间的差值

(y = kx,来讲,当输入信号值x一样时,实际值与理论值不同,结果就是k斜率的差别

理论值曲线就是线性,k = 1.

)

增益误差通常用LSB或满量程范围的百分比表示。增益误差可以利用硬件或软件校准,是满量程误差减去失调误差(这个校准在当初做额温枪项目体现就很明显,这个等下再讲)

3.转换精度

具有某种分辨率的转换器在量化过程中由于采用四舍五入方法,因此做大误差应为分辨率的一半,

eg某个8位输入-10V至+10V,转换器8位,最高位是正负符号,其分辨率 = 20/128 = 156mv,156*0.5 = 78mv

既最大的量化误差40mv ,相对于全量程0.4%(40/10000)

4.转换时间
并行比较转换器转换时间在50ns以内

逐次比较型转换器时间在10-50us

间接型转换时间早几十毫秒至加百毫秒

5.测试

如温度传感器输出电压在0-0.25v,(温度范围在0-400度),需要分辨率0.1度,AD供电3V,试问要几位AD才能采集?

先确定0.1度变化需要多少伏值,0.25/4000= 0.0000625

3/0.0000625=48000,所以>=48000就可以,既选用16位AD采集就OK

6.校准

在AD采集数据时,实际转换出来的值不可抗与理论计算的值一模一样,这中间有转换器的误差和使用环境的影响,既假设现在AD转换器输入基准值0.5V,理论上也要输出0.5V的值,但实际却不是(偏小或者偏大)

向在温度测量精度要求比较高的应用中,这种误差是不允许的,如这次疫情中我们常用的额温枪,采集温度数据就需要读取热电堆的AD值,在进行查表从而确定温度。

既在这个AD测量中,我们所得到的值就需要进行校准。

最常用的一种校准方法是 两点标定法。
这一方法假定 ADC 传输特性是一条直线。 这种方法对于低输入是一个很好的
选择,并有效地降低校准的成本。
在两点标定中,一个点可以选在AD输入的低点,另一个选在接近最高点处。
举例来说,一个单端输入的 ADC,输入范围为 0-2.2V ,我们可以采用一个基
准为 Vref1=0V 和一个为 Vref2=2.049V 的来进行校准。
校准公式为:
增益系数 = Vref2 时实际输出 - Vref1 时实际输出) / Vref2 时理想输出 - Vref1
时理想输出)
通俗来讲可以将( Vref2 时实际输出 - Vref1 时实际输出) 理解成y,将
Vref2 时理想输出 - Vref1 时理想输出)理解成x,最终系数就是k
所以额温枪校准就必须在恒温放选取两个高低点进行校准,37度低点,42度高点,进行校准得出【校准系数】
另外一种方法是多点标定法,就是采用将
ADC 输入范围划分成不同的区间,
每个区间上用两点标定的方法进行。此处不再赘述。

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