A/D（模數轉換）的那些主要指標

我們在選取和使用 A/D 的時(shí)候，依靠什么指標來(lái)判斷很重要。由于 AD 的種類(lèi)很多，分為積分型、逐次逼近型、并行/串行比較型、Σ-Δ型等多種類(lèi)型。同時(shí)指標也比較多，并且有的指標還有輕微差別，在這里我是以同學(xué)們便于理解的方法去講解，如果和某一確定類(lèi)型A/D 概念和原理有差別，也不會(huì )影響實(shí)際應用。

ADC 的位數

一個(gè) n 位的 ADC 表示這個(gè) ADC 共有 2 的 n 次方個(gè)刻度。8 位的 ADC，輸出的是從 0～255 一共 256 個(gè)數字量，也就是 2 的 8 次方個(gè)數據刻度。

基準源

基準源，也叫基準電壓，是 ADC 的一個(gè)重要指標，要想把輸入 ADC 的信號測量準確，那么基準源首先要準，基準源的偏差會(huì )直接導致轉換結果的偏差。比如一根米尺，總長(cháng)度本應該是 1 米，假定這根米尺被火烤了一下，實(shí)際變成了 1.2 米，再用這根米尺測物體長(cháng)度的話(huà)自然就有了較大的偏差。假如我們的基準源應該是 5.10V，但是實(shí)際上提供的卻是 4.5V，這樣誤把 4.5V 當成了 5.10V 來(lái)處理的話(huà)，偏差也會(huì )比較大。

分辨率

分辨率是數字量變化一個(gè)最小刻度時(shí)，模擬信號的變化量，定義為滿(mǎn)刻度量程與 2n-1 的比值。假定 5.10V 的電壓系統，使用 8 位的 ADC 進(jìn)行測量，那么相當于 0～255 一共 256 個(gè)刻度把 5.10V 平均分成了 255 份，那么分辨率就是 5.10/255 = 0.02V。

INL(積分非線(xiàn)性度)和 DNL(差分非線(xiàn)性度)

初學(xué)者最容易混淆的兩個(gè)概念就是“分辨率”和“精度”，認為分辨率越高，則精度越高，而實(shí)際上，兩者之間是沒(méi)有必然聯(lián)系的。分辨率是用來(lái)描述刻度劃分的，而精度是用來(lái)描述準確程度的。同樣一根米尺，刻度數相同，分辨率就相當，但是精度卻可以相差很大，如圖 17-2 所示。

圖 17-2 米尺精度對比

圖 17-2 表示的精度一目了然，不需多說(shuō)。和 ADC 精度關(guān)系重大的兩個(gè)指標是 INL(Integral NonLiner)和 DNL(Differencial NonLiner)。

INL 指的是 ADC 器件在所有的數值上對應的模擬值，和真實(shí)值之間誤差最大的那一個(gè)點(diǎn)的誤差值，是 ADC 最重要的一個(gè)精度指標，單位是 LSB。LSB(Least Significant Bit)是最低有效位的意思，那么它實(shí)際上對應的就是 ADC 的分辨率。一個(gè)基準為 5.10V 的 8 位 ADC，它的分辨率就是 0.02V，用它去測量一個(gè)電壓信號，得到的結果是 100，就表示它測到的電壓值是 100*0.02V=2V，假定它的 INL 是 1LSB，就表示這個(gè)電壓信號真實(shí)的準確值是在1.98V～2.02V 之間的，按理想情況對應得到的數字應該是 99～101，測量誤差是一個(gè)最低有效位，即 1LSB。

DNL 表示的是 ADC 相鄰兩個(gè)刻度之間最大的差異，單位也是 LSB。一把分辨率是 1 毫米的尺子，相鄰的刻度之間并不都剛好是 1 毫米，而總是會(huì )存在或大或小的誤差。同理，一個(gè) ADC 的兩個(gè)刻度線(xiàn)之間也不總是準確的等于分辨率，也是存在誤差，這個(gè)誤差就是 DNL。

一個(gè)基準為 5.10V 的 8 位 ADC，假定它的 DNL 是 0.5LSB，那么當它的轉換結果從 100 增加到 101 時(shí)，理想情況下實(shí)際電壓應該增加 0.02V，但 DNL 為 0.5LSB 的情況下實(shí)際電壓的增加值是在 0.01～0.03V 之間。值得一提的是 DNL 并非一定小于 1LSB，很多時(shí)候它會(huì )等于或大于 1LSB，這就相當于是一定程度上的刻度紊亂，當實(shí)際電壓保持不變時(shí)，ADC 得出的結果可能會(huì )在幾個(gè)數值之間跳動(dòng)，很大程度上就是由于這個(gè)原因(但并不完全是，因為還有無(wú)時(shí)無(wú)處不在的干擾的影響)。

轉換速率

轉換速率，是指 ADC 每秒能進(jìn)行采樣轉換的最大次數，單位是 sps(或 s/s、sa/s，即 samples per second)，它與 ADC 完成一次從模擬到數字的轉換所需要的時(shí)間互為倒數關(guān)系。ADC 的種類(lèi)比較多，其中積分型的 ADC 轉換時(shí)間是毫秒級的，屬于低速 ADC;逐次逼近型 ADC轉換時(shí)間是微妙級的，屬于中速 ADC;并行/串行的 ADC 的轉換時(shí)間可達到納秒級，屬于高速 ADC。

ADC 的這幾個(gè)主要指標大家先熟悉一下，對于其它的，作為一個(gè)入門(mén)級別的選手來(lái)說(shuō)，先不著(zhù)急深入理解。以后使用過(guò)程中遇到了，再查找相關(guān)資料深入學(xué)習，當前重點(diǎn)是在頭腦中建立一個(gè) ADC 的基本概念。