如何认识ADC参数中“精确度”与“分辨率”的不同

　　ADC指模/数转换器或者模数转换器是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模/数转换器可以实现这个功能，在各种不同的产品中都可以找到它的身影。

　　ADC制造商在数据手册中定义ADC性能的方式令人困惑，并且可能会在应用开发中导致错误的推断。最大的困惑也许就是“分辨率”和“精确度”了——即Resolution和Accuracy，这是两个不同的参数，却经常被混用，但事实上，分辨率并不能代表精确度，反之亦然。本文提出并解释了ADC“分辨率”和“精确度”，它们与动态范围、噪声层的关系，以及在诸如计量等应用中的含义。

　　adc的参数

　　1）分辩率（Resolution） 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。

　　2） 转换速率（Conversion Rate）是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并 行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率（Sample Rate）必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和Msps，表示每秒采样千/百 万次（kilo / Million Samples per Second）。

　　3）量化误差（Quantizing Error） 由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。

　　4）偏移误差（Offset Error） 输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。

　　5）满刻度误差（Full Scale Error） 满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。 6）线性度（Linearity） 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。 其他指标还有：绝对精度（Absolute Accuracy） ，相对精度（Relative Accuracy），微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。

　　AD的选择，首先看精度和速度，然后看是几路的，什么输出的比如SPI或者并行的，差分还是单端输入的，输入范围是多少，这些都是选AD需要考虑的。DA 呢，主要是精度和输出，比如是电压输出啊，4-20mA电流输出啊，等等。DSP呢，用来计算嘛，所以主要是看运算能力了，当然，外围的接口也是需要考虑 的。个人看法，TI的单DSP处理能力还可以，ADI的多DSP联合使用的优点特别突出，当然了，不同档次的DSP的运算能力和速度都是有很大差别的。

　　ADC的动态范围精确度和分辨率

　　动态范围被定义为系统可测量到的最小和最大信号的比例。

　　最大信号可为峰间值，零到峰（Zero-to-Peak）值或均方根（RMS）满量程。其中任何一个都会给出不同值。例如，对于一个1V正弦波来说： 峰间（满量程）值＝2V 零到峰值＝1V

　　RMS满量程＝0.707×峰值振幅＝0.707×1V＝0.707V

　　最小信号通常为RMS噪声，这是在未应用信号时测量的信号的均方根值。测量得到的RMS噪声级别将取决于测量时使用的带宽。每当带宽翻倍，记录的噪声将增长1.41或3dB。

　　因此，一定要注意动态范围数字始终与某个带宽相关，而后者通常未被指定，这使记录的值变得没有意义。 器件的信噪比（SNR）和动态范围多数时候被定义为同一个值，即： 动态范围 ＝ SNR ＝ RMS满量程/RMS噪声 并且经常使用dB作为单位，即

　　动态范围（dB） ＝ SNR（dB） ＝ 20*Log10 （RMS满量程/RMS噪声）

　　与使用RMS满量程相反，一些制造商为了使图表看上去更漂亮，引用零到峰或峰间值，这使得最终的动态范围或SNR增加了3dB或9dB，因此我们需要仔细研究规范以避免误解。

　　在讨论ADC性能时，分辨率和精确度是经常被混用的两个术语。一定要注意，分辨率并不能代表精确度，反之亦然。

　　ADC分辨率由数字化输入信号时所使用的比特数决定。对于16位器件，总电压范围被表示为216 （65536）个独立的数字值或输出代码。因此，系统可以测量的绝对最小电平表示为1比特，或ADC电压范围的1/65536。

　　A/D转换器的精确度是指对于给定模拟输入，实际数字输出与理论预期数字输出之间的接近度。换而言之，转换器的精确度决定了数字输出代码中有多少个比特表示有关输入信号的有用信息。

　　如前所述，对于16位ADC分辨率，由于出现内部或外部误差源，实际的精确度可能远小于分辨率。因此，举例而言，一个给定的16位ADC可能只能提供12位的精确度。对于这种情况，4LSb（最低有效位）表示ADC中生成的随机噪声。

　　ADC动态范围和ADC精确度通常指相同的内容。 图 1 展示了基本的ADC测量电路。

　　图1：基本的ADC测量电路。

　　理想ADC生成一个数字输出代码，是关于模拟信号电压和电压参考输入的方程，其中 输出代码 ＝ 满量程电压 × ［VIN+ - VIN-］ / ［VREF+ - VREF-］ ＝ 满量程电压 × ［VIN /VREF］

　　每个数字输出代码表示参考电压的一个小数值。

　　必须注意，ADC动态范围应当匹配将要转换的信号的最大振幅，这样才能使ADC转换精度最大化。 现在假设将要转换的信号在0V到2.5V间变化，而VREF等于3.3V，如图2所示。

　　图2：输入信号振幅和ADC动态范围。

　　16位ADC将包括216 ＝ 65536个步骤或转换，且最低有效位（LSB）＝VREF/65536＝3.3V/65536＝50.35uV。对于理想的ADC，所有代码都具有1LSB的相同宽度。

　　如果ADC的最大信号值为2.5V，那么意味着总共有49652次转换（2.5V/1LSB）。对于这种情况，将有15884次转换未被使用（65536-49652＝15884）。这反应了转换后的信号精确度损失或ENOB损失（损失0.4位）。 如果ADC参考（VREF）和ADC最大信号电平之间的差异增加，那么ENOB损失或精确度损失将加剧。例如，如果ADC最大信号电平为1.2V且VREF＝3.3V，那么ENOB损失将为1.5位。因此ADC动态范围一定要匹配最大信号振幅，以获得最高精确度。