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ADC精度與分辨率差異化理解，揪出ADC不準確原因

發布時間：2015-02-12 來源：:Vinay Agarwal 責任編輯：sherryyu

【導讀】很多工程師總會強調一個問題“你的16位ADC的精度也是16位的嗎？”這個問題的答案取決於對分辨率和精度概念的基本理解。該文詳述了這兩個概念間的差異，並將深入研究造成ADC不準確的主要原因。

在與使用模數轉換器 (ADC) 的係統設計人員進行交談時，我最常聽到的一個問題就是：“你的16位ADC的精度也是16位的嗎？”

這個問題的答案取決於對分辨率和精度概念的基本理解。盡管是兩個完全不同的概念，這兩個數據項經常被搞混和交換使用。

該文詳述了這兩個概念間的差異，並將深入研究造成ADC不準確的主要原因。

ADC的分辨率被定義為輸入信號值的最小變化，這個最小數值變化會改變數字輸出值的一個數值。對於一個理想ADC來說，傳遞函數是一個步寬等於分辨率的階梯。然而，在具有較高分辨率的係統中（≥16位），傳輸函數的響應將相對於理想響應有一個較大的偏離。這是因為ADC以及驅動器電路導致的噪聲會降低ADC的分辨率。

此外，如果DC電壓被施加到理想ADC的輸入上並且執行多個轉換的話，數字輸出應該始終為同樣的代碼（由圖1中的黑點表示）。現實中，根據總體係統噪聲（也就是包括電壓基準和驅動器電路），輸出代碼被分布在多個代碼上（由下麵的一團紅點表示）。係統中的噪聲越多，數據點的集合就越寬，反之亦然。圖1中顯示的是一個中量程DC輸入的示例。ADC傳遞函數上輸出點的集合通常被表現為ADC數據表中的DC柱狀圖。

ADC傳遞曲線上ADC分辨率和有效分辨率的圖示

圖1：ADC傳遞曲線上ADC分辨率和有效分辨率的圖示

圖1中的圖表提出了一個有意思的問題。如果同樣的模擬輸入會導致多個數字輸出，那麼對於ADC分辨率的定義仍然有效嗎？是的，前提是我們隻考慮ADC的量化噪聲。然而，當我們將信號鏈中所有的噪聲和失真計算在內時，正如等式 (1) 中所顯示的那樣，ADC的有效無噪聲分辨率取決於輸出代碼分布 (NPP)。

ADC傳遞曲線的精度圖示

下麵，考慮一下圖1中的輸出代碼簇（紅點）不是位於理想輸出代碼的中央，而是位於遠離黑點的ADC傳遞曲線上的其他位置（如圖2中所示）。這個距離是指示出采集係統精度。不但ADC，還有前端驅動電路、基準和基準緩衝器都會影響到總體係統精度。

ADC傳遞曲線的精度圖示

圖2：ADC傳遞曲線的精度圖示

需要注意的重要一點是ADC精度和分辨率是兩個也許不相等的不同參數。從係統設計角度講，精度確定了係統的總體誤差預算，而係統軟件算法完整性、控製和監視功能取決於分辨率。

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