ADC选型经典指南

ADC选择指南ADC的定义模数转换器是a/d转换器(通常是将模拟信号转换为数字信号的电子组件)或adc(简单地说是A/D转换器或ADC、模拟到数字转换器)。典型的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。数字信号本身没有实际意义，因此表示相对大小。因此，所有模数转换器都需要用作转换基准的参考仿真，更一般的参考标准是最大可转换信号大小。输出的数字量表示输入信号相对于参考信号的大小。两个ADC的基本原理在A/D转换中，输入的模拟信号在时间上连续，而输出的数字信号是离散量，因此，转换时只能定期采样输入的模拟信号，然后将采样值转换为输出的数字量。通常，A/D转换需要采样、量化和编码步骤4。也可以在一个步骤中进行采样、保留、量化、编码。(1)取样和保持：采样是通过连续变化的模拟信号的定时测量提取其样本值。采样结束后，将此采样信号保留一段时间，以确保A/D转换器有足够的时间进行A/D转换。采样-保持电路就是这样做的。这里，采样脉冲的频率越高，采样越密，采样值增加，所述采样-电路的输出信号保持更接近输入信号的波形。因此，对取样频率有要求。也就是说，必须满足fs2fImax采样清理其中fImax是输入模拟信号频谱中的最高频率(2)量化和编码：量化是将采样电压转换为最小单位电压的整数倍的过程。划分的等级称为量化等级，a称为量化单位。编码是使用二进制代码表示量化的量化级别。采样后获得的样例值不能是量化基准值，并且始终存在一定的错误。此错误称为量化错误。显然，量化级别越细，量化误差越小，但是使用的二进制代码中的位数越多，电路就越复杂。量化方法除了上述方法外，还有舍入方法，这里不再详细说明。采样时间非常短，开始AD变换后读取模拟值。AD转换需要时间，转换完成后标志位发生变化，表示转换完成，标志位状态可以持续查询，标志位切换后数据可以读取。如果CPU忙，则需要可用的中断模式、开放AD转换中断、线路硬件，并在AD转换完成后自动申请中断以停止读取数据。(3)ADC的基本结构及其相关说明(1)其中，滤波器确定ADC的采样频率(可以采样多少频率的模拟信号)，主要涉及带宽，并根据香浓采样定理和输入信号的频率范围确定相应的滤波带宽。正如Nyquist采样定理中已经提到的，要满足采样定理，信号带宽必须有限，最大信号频率采样使用2倍以上，以确保信号没有抗锯齿。低通滤波器的一个考虑因素是限制信号带宽，以便在硬件上实现后进行信号采样。相反，实际上只关心特定频率的信号。低通滤波器的另一个考虑是过滤感兴趣的信号。例如，在以5KHz以下的频率测量汽车声音信号时，可以设置大约7KHz的低通滤波器阻塞频率。程序控制是使用模拟通道选择芯片(例如74VHC4051等)。2)多开关主要用于单端输入和差分输入的选择。如果要将多个速度较慢的模拟信号转换为A/D，请使用多通道模拟开关将每个模拟信号与A/D转换器交替连接，这样一个A/D转换器就可以完成多个模拟信号转换。3)保持采样电路：A/D转换器需要时间完成转换，在此期间模拟输入信号必须保持不变。否则，会影响AD转换的精度。更详细的说明如下：将取样频率提高到kfs(k2)称为过度取样。(4)量化和编码3 ADC分类1)积分类型集成AD的工作方式是将输入电压转换为时间(脉宽信号)或频率(脉冲频率)，然后从计时器/计数器获取数字值。虽然简单电路有获得高分辨率的优点，但其缺点是转换精度取决于积分时间，转换速度很低。早期单片AD转换器大部分是点式的，现在连续比较逐渐成为主流。2)连续比较类型逐项比较AD包括比较器和DA转换器，它们从MSB开始依次比较每个位的输入电压和内置DA转换器输出，并在n次比较中输出数字值。电路规模在中间。速度快、功耗低、分辩率低(12位)的优点是价格便宜，而精度高(12位)的优点是价格高。具体的工作流程如下：例如：连续近似寄存器SAR转换为8位、基准电压10.24V、模拟输入电压8.3V和二进制数字。操作过程如下：在转换开始之前，将SAR整理为0。3)并行比较类型/串行并行比较类型基于并行比较的AD使用多个比较器仅通过一次比较来实现转换，也称为FLash(快速)类型。转换速度非常快，n位转换需要2n-1比较器，因此适用于电路规模大、价格昂贵、视频AD转换器等速度特别高的领域。串行并行比较AD结构介于并行和连续比较类型之间，最常见的是Half flash类型，因为它由两个n/2位并行AD转换器和DA转换器组成，实现了两个比较的转换。包括用于三阶段或多阶段AD转换的分级AD、从转换开始的Pipelined型AD，以及将多个转换结果修改为数字操作的能力。这些AD速度高于连续比较，电路大小小于并行。应用领域：此ADC的最大优点是转换速度快。但是，比较器和其他硬件的使用越多，输出数字的位数越多，转换电路就越复杂。因此，这种类型的转换器适用于速度高、精度低的情况。优点：模拟-数字转换速度高缺点：分辨率不高，功耗大，成本高4)sigma-delta调制方式(例如AD7705)-型AD也称为超采样转换器，由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器组成。理论上类似于积分型，将输入电压转换为时间(脉冲宽度)信号，并作为数字滤波器处理，然后得到数值。电路的数字部分基本上很容易被单片，从而使高分辨率变得容易。主要用于音频和测量。- ADC基本原理：- ADC包括一个差分放大器、一个积分器、一个比较器和一位DA(将差分放大器的逆相输入连接到正或负参考电压的简单开关)的反馈环路。反馈DAC的作用是使积分器的平均输出电压接近比较器的参考水平。- ADC方块图- ADC的方块图表明，-类型与连续比较和积分ADC相结合。5)压力变频ADC6)管道ADC4名词解释：(1)ADC采样率SPS简介SPS(每秒样本数)是数字模型转换(ADC)中采样率的度量单位。注意采样率和转换速度之间的差异。数位-类比转换仅在取样后转换，且取样速度小于取样(例如转换速度)时才有意义。也就是说，采样时间必须大于转换时间，这样才有意义。类似的单位包括KSPS(每秒1000次采样)、MSPS(每秒几万亿次采样)等。Ksps表示每秒1000次采样，以转换速度为单位。(2)ADC的转换速度和转换时间(conversiontimeandconversionrate)所谓的转换速率是指完成一次从模拟转换为数字的AD转换所需的时间的倒数。集成AD的转换时间为ms级为低速率AD，连续比较AD为微秒中速AD，整个并行/串行并行AD达到纳秒级。采样时间是另一个概念，表示两个变换的间隔。要正确完成转换，“采样率”(Sample Rate)必须小于或等于平移速度。因此，最好将转换速度数值等同于采样速度。常用的单位是ksps和Msps，表示每秒千百万次采样(kilo/Million Samples per Second)。ThroughPut Rate称为输出速度或吞吐量、切换速度。术语“转换速度”显示为Conversion rate，某些数据显示为ThroughPut Rate或T-Put Rate。选择一个AD转换芯片时，需要考虑位数、转换速度、输出方式等。位数很容易理解，由分辨率决定。完整的转换过程将经历构成完整转换周期的模数转换时间、中断时间和下一次转换准备时间等。例如，ADI生产的AD7610具有4us的转换周期。也就是说，在第I次变换开始通过4us后，可以进行下一次变换。转换速度是表征每秒最多几次整体采样的转换周期的倒数，因此决定了采样频率的上限。转换速度等于采样保持时间和量化时间(从模拟到辅助系统的转换时间)的倒数。ADC的转换速度主要取决于转换电路的类型。并行比较ADC的转换速度最快。例如，8位二进制集成ADC的转换时间可以在50ns以内。连续比较ADC的转换时间在10到100us之间，并且不早于1 us。双集成ADC的转换时间在数十到数百毫秒之间。扩展：转换时间和转换精度，信号频率之间的关系瞬时值响应A/D转换器转换时间取决于所需的转换精度和转换信号的频率。以显示的正弦信号为例，讨论它们之间的关系。平均响应A/D转换器(2)ADC基准电压基准电压，也称为基准电压，没有基准电压，无法确定测量的信号的准确振幅。例如，如果基准电压为2.5V，则在测量的信号达到2.5V时，您会发现ADC输出总范围读数等于2.5V。其他ADC，有些是外部基准，有些是外部基准，有ADC外部基准和内部基准，但外部基准优先于内部基准。对于实际工程应用，大多数情况下真正关心的是基准电压的稳定性，而不是绝对值。对于10bits ADC，基准电压设计值为1V，实际上为0.9并不重要，但是在0.99-1v之间抖动可能会有问题。在ADC情况下，输入信号的最大值必须是ADC的基准电压，如果输入信号的最大值超过ADC的基准电压，则可能导致不准确的输出，并可能导致严重的ADC损坏。低于输入信号最大值ADC的基准电压会导致输出无法填满范围，因此引入错误，并可能降低准确度。(3)ADC分辨率ADC的分辨率是输入模拟电压的变化量，与输出数字量最低的有效位之一相对应。如果ADC输入模拟电压范围为0到10V，输出为10位二进制数，则分辨率为此处的9.77mV的另一个概念是最小有效位1LSB分辨率有时表示为最低有效位LSB的量化阶段。10V也称为全范围电压，即FSR。注意：整体范围电压实际上是ADC的基准电压，ADC可测量的最大电压实际上是ADC的基准电压，因此将在参考电压之后说明。因此，分辨率(分辨率量化单元1LSB)也可以表示为：ADC分辨率有多种附加说明，每个说明都不同，但按预期表示。ADC的分辨率表示a/d转换器模拟输入信号的最小变化量。如果将A/d转换器的数字设置为n，并且总范围电压为FSR，则分辨率定义如下：A/d转换器分辨率的高低取决于比特数。上述ADC分辨率在理想情况下是分辨率，通常随着噪音和非线性的增加而减少，因此，描述ADC的实际分辨率还必须包括静态和动态错误。(4)ADC转换错误有时也称为转换精度、绝对精度、量化误差。通常以绝对误差形式给出，表示实际输出的数字量和理论输出的数字量之间的误差，通常以最低有效位的倍数给出。还有相对精度的概念。转换错误是可以从定时更改信号中分离的最小信息量信息。关于ADC，量化错误是最小步距所表示的电压，在a/d转换中，量化频带的所有模拟输入电压都可以生成相同的输出代码。例如，对于输入电压为5V的理论模拟12位a/d转换器，其输出编号为10000000。如果实际模拟输入电压在4.997V到4.999V范围内均生成此输出代码。绝对误差一般在1LSB，范围内。注意：转换精度和分辨率是两个不同的概念分辨率是指转换器能够区分的模拟信号的最小变化值精度是指转换结果对实际值的准确度。相关扩展：简单地说，“精度”用于说明物理量的准确程度，“分辨率”用于说明刻度。以普通塑料尺为例，长度为10厘米，刻度为100个，最小值为1毫米。我们不知道1毫米的分辨率，1%的范围，真实的精确度(0 . 1毫米吧)。用火烤它，把它拉长一点，然后再调查一下。很容易看出有100个刻度，其“分辨率”为1毫米！但是你认为精度是0.1毫米吗？假设需要0.1%或10位精度(1/210)，则只有选择分辨率更高的转换器才有意义。如果是12位(分辨率)转换器，您可以认为准确度足够高。但是，在详细检查其规格之前，我们没有掌握12位性能(实际情况可能更好，也可能更糟)。例如，具有4LSB INL(请参见INL下)的12位ADC最多只能提供10位精度。具有0.5LSB INL的12位ADC设备提供0.0122%错误或13位精度。要计算最佳精