如何選擇A/D芯片

　　本文介紹了AD轉換器選用時(shí)應注意的問(wèn)題。

　　A/D器件和芯片是實(shí)現單片機數據采集的常用外圍器件。A/D轉換器的品種繁多、性能各異，在設計數據采集系統時(shí)，首先碰到的就是如何選擇合適的A/D轉換器以滿(mǎn)足系統設計要求的問(wèn)題。選擇A/D轉換器件需要考慮器件本身的品質(zhì)和應用的場(chǎng)合要求，基本上，可以根據以下幾個(gè)方面的指標選擇一個(gè)A/D器件。

　　(1)A/D轉換器位數

　　A/D轉換器位數的確定，應該從數據采集系統的靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)平滑性這兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。從靜態(tài)精度方面來(lái)說(shuō)，要考慮輸入信號的原始誤差傳遞到輸出所產(chǎn)生的誤差，它是模擬信號數字化時(shí)產(chǎn)生誤差的主要部分。量化誤差與A/D轉換器位數有關(guān)。一般把8位以下的A/D轉換器歸為低分辨率A/D轉換器，9~12位的稱(chēng)為中分辨率轉換器，13位以上的稱(chēng)為高分辨率轉換器。10位A/D芯片以下誤差較大，11位以上對減小誤差并無(wú)太大貢獻，但對A/D轉換器的要求卻提得過(guò)高。因此，取10位或11位是合適的。由于模擬信號先經(jīng)過(guò)測量裝置，再經(jīng)A/D轉換器轉換后才進(jìn)行處理，因此，總的誤差是由測量誤差和量化誤差共同構成的。A/D轉換器的精度應與測量裝置的精度相匹配。也就是說(shuō)，一方面要求量化誤差在總誤差中所占的比重要小，使它不顯著(zhù)地擴大測量誤差;另一方面必須根據目前測量裝置的精度水平，對A/D轉換器的位數提出恰當的要求。

　　目前，大多數測量裝置的精度值不小于0.1%~0.5%，故A/D轉換器的精度取0.05%~0.1%即可，相應的二進(jìn)制碼為10~11位，加上符號位，即為11~12位。當有特殊的應用時(shí)，A/D轉換器要求更多的位數，這時(shí)往往可采用雙精度的轉換方案。

　　(2)A/D轉換器的轉換速率

　　A/D轉換器從啟動(dòng)轉換到轉換結束，輸出穩定的數字量，需要一定的轉換時(shí)間。轉換時(shí)間的倒數就是每秒鐘能完成的轉換次數，稱(chēng)為轉換速率。

　　確定A/D轉換器的轉換速率時(shí)，應考慮系統的采樣速率。例如，如果用轉換時(shí)間為100us的A/D轉換器，則其轉換速率為10KHz。根據采樣定理和實(shí)際需要，一個(gè)周期的波形需采10個(gè)樣點(diǎn)，那么這樣的A/D轉換器最高也只有處理頻率為1KHz的模擬信號。把轉換時(shí)間減小，信號頻率可提高。對一般的單片機而言，要在采樣時(shí)間內完成A/D轉換以外的工作，如讀數據、再啟動(dòng)、存數據、循環(huán)計數等已經(jīng)比較困難了。

　　(3)采樣/保持器

　　采集直流和變化非常緩慢的模擬信號時(shí)可不用采樣保持器。對于其他模擬信號一般都要加采樣保持器。如果信號頻率不高，A/D轉換器的轉換時(shí)間短，即采樣高速A/D時(shí)，也可不用采樣/保持器。

　　(4)A/D轉換器量程

　　A/D轉換時(shí)需要的是雙極性的，有時(shí)是單極性的。輸入信號最小值有的從零開(kāi)始，也有從非零開(kāi)始的。有的轉換器提供了不同量程的引腳，只有正確使用，才能保證轉換精度。在使用中，影響A/D轉換器量程的因素有：量程變換和雙極性偏置;雙基準電壓;A/D轉換器內部比較器輸入端的正確使用。

　　(5)滿(mǎn)刻度誤差

　　滿(mǎn)度輸出時(shí)對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。

　　(6)線(xiàn)性度

　　實(shí)際轉換器的轉移函數與理想直線(xiàn)的最大偏移。