1、 ADC内部有信号放大的作用。IBP端放大了128倍,取决于 GAIN = 128;导管端放大了64倍、都是在ADC内部放大。
轨到轨
ADC的选型参数(如下图)
1、位数: 24 bit
2、信噪比(越大越好)或者噪声(越小越好)
3、分辨率(Resolution)
L: 16.4 bits M: 17.1 bits F: 18bits
4、增益误差
GAIN=16 TO 128 ±0.025%
5、温漂:
Band gap reference with 15 ppm/°C drift maximum (70 μA)
6、采样速率:
SPS是每秒钟采集的点数。
L: 2400 SPS M: 4800 SPS F:19200 SPS
7、转换时间(Conversion Time)
8、 量程(full-scale range, FSR)
9、 最低有效位(One least significant bit, LSB)
又称最小分辨率,要记住这个参数的英文LSB,很好理解,就比如说一个4位的ADC,数字量最高可以表示2的4次方也就是16,满量程5V,那么最小的分辨率就是5/16=0.31V,也就是说这个ADC最小辨认的电压是0.31V,可以用数字量0001表示0.31V这个模拟量。LSB越小也就是ADC的位数越大,表明ADC的精度越高。
10、通道数、转换接口
转换接口:同时允许多少通道进行转换。
转换接口:SPI、DSP、IIC等。
11、INL(积分非线性度)、 DNL(微分非线性度)
INL: 模数转换精度指标
INL:对于数据转换器,积分非线性(INL)是实际传递函数与传递函数直线的偏差。消除失调误差和增益误差后,该直线为最佳拟合直线或传递函数端点之间的直线。INL往往被称为“相对精度”。
DNL:相邻两个刻度的差值。
DNL: 触发任意两个连续输出编码的模拟输入电平之差应为1 LSB (DNL = 0),实际电平差相对于1 LSB的偏差被定义为DNL (就是第一个编码和第二个编码应该是相差1 LSB,DNL就是标识实际偏差不是1LSB可能是其他的。 )
二、ADC都有哪些分类
1、Flash ADC
2、循环渐进式模拟数字转换器 SAR ADC
3、跃升-比较模拟数字转换器(Ramp-compare ADC)
4、威尔金森模拟数字转换器(Wilkinson ADC)
5、集成模拟数字转换器(Integrating ADC)
6、Delta编码模拟数字转换器(Delta-encoded ADC)
7、管道模拟数字转换器(Pipline ADC)
8、Sigma-Delta模拟数字转换器
9、时间交织模拟数字转换器
传输速度与分辨率的区别
分辨率和精度不成正比,主要受失真和噪声的影响。
分辨率和传输速度成反比。
24bits的分辨率是0到2的24次方-1
其中常见的有四种
1、循环渐进式模拟数字转换器 SAR ADC
是一种获得高精度ADC转换的方法,采用逐步逼近的方法进行比较。
过程:它首先将输入信号与一个参考电压进行比较,然后将比较结果与参考电压的一半进行比较,再根据比较结果确定下一步比较的阈值。通过不断重复此过程,逼近输出的精度越来越高,最终得到目标的数字化结果,这个比较的次数正好是ADC的量化深度,也就是位数。
优点:结构简单,转换速度快,且精度高,在数字信号处理中广泛应用。
缺点:由于其需要逐步逼近,所以处理不稳定、干扰较大的信号可能出现误差,导致收敛慢、精度下降等问题。
运用:STM32的ADC属于是SAR ADC。STM32系列的芯片内置了多个ADC模块,不同型号的芯片支持的ADC模块的数量和通道数也有所不同。
2、Flash ADC
FLASH ADC是快闪式模拟数字转换器(Flash Analog-to-Digital Converter)
原理:FLASH ADC是一种基于比较器和多个参考电压的模拟信号转换器。它使用一个线性电压阶梯和每个阶梯上的比较器来将输入电压与连续的参考电压进行比较。
优点:转换速度快、精度高等优点。
缺点:电路结构复杂,电路设计难度大。
运用:常用于需要高速数字处理的应用场合,例如高速数据采集系统、高速通信网络和超高清视频等领域。
3、Sigma-delta ADC是Σ-Δ调制器模拟数字转换器(Sigma-Delta Modulator Analog-to-Digital Converter)(主要用于低速的信号转换)
原理:Sigma-delta ADC的工作原理是将输入信号连续地通过一个Σ-Δ(sigma-delta)调制器进行调制,再通过数字滤波器把高频调制噪声滤除,最后通过一个采样保持电路进行采样,实现模拟信号到数字信号的转换。
优点:可在较低分辨率下获得高精度的结果。
缺点:转换速度慢,需要更高的时钟频率和更高的系统性能。
运用:用于音频、视频、加速度计以及温度测量等领域。
实际上,对于Sigma-delta ADC的理解可以通俗的认为是多次采样进行平均以达到更高的精度,比如我们采样1V的电压,可能当前的12bit精度不够,但是我们可以采样1000次,这样累加的电压1000V进行量化,然后在平均获得的精度会更高。
4、Pipeline ADC管线式模拟数字转换器(Pipelined Analog-to-Digital Converter)(用于高速信号转换)
原理:Pipeline ADC是一种高速ADC,它采用多级管线结构,将整个ADC转换过程分为多个单元阶段,每个单元阶段负责对前一级的输出进行处理和采样,并输出到后一级。由于每个单元阶段只需要处理部分位数,因此可以大幅提高转换速度。
优点:高精度、高速的模拟信号转换。
缺点: Pipeline ADC在设计实现时较为复杂,而且由于多级采样和量化误差噪声的传递,最终输出的数字化信号可能会受到比较强的噪声干扰,因此需要进一步处理这些干扰以实现更高的信噪比。
运用:工业、通信系统、医疗电子、航空航天等领域得到广泛应用。
实际4款选型对比: