数据采集与转换中的一些关键问题

技术分类: 模拟设计  | 2006-08-17
来源:今日电子 | 作者:程跃武

        关于 A/D 转换器的几点说明

       A/D转换器的转换速度和分辨率是最重要的两个参数。下面简单讨论一下 A/D 转换器术语将有助于读者更好地了解系统分辨率与精度。

        速度:主要由A/D 转换器的采样时间及转换时间构成。A/D转换器手册均会在采样动态参数 (Sampling Dynamics)标出转换速度。有时是数据吞吐率(Throughput Rate)。逐次逼近型AD转换器采样速率或数据吞吐率一般从几十千次每秒到几兆次每秒。

        分辨率:A/D 转换器的比特数决定着数据采集系统的分辨率。A/D 转换器分辨率的定义如下:---1 LSB = VFSR/2n,

        LSB = 最低有效位,VFSR =满量程输入电压范围,这里,n为A/D转换器的分辨率。比特数决定着数字码的数量,对A/D转换器而言有2n个离散数字代码。就本文的讨论而言,我们将使用二进制逐次逼近A/D转换器。表1显示了典型A/D转换器的分辨率和 LSB的值。  

典型A/D转换器的分辨率和 LSB的值

表1

        信噪比:理想AD

转换器的信噪比为 SNRdB="6".02×n-1.76,表2 为AD 转换器位数与信噪比的简单对照表。  

AD 转换器位数与信噪比的简单对照表       

表2 

        精度:假定所有模拟值都位于 A/D 转换器输入处。A/D 转换器量化或编码特定的模拟输入值为相应的数字代码作为一种输出。上述数字代码有着内在的不确定性或 ±1/2LSB 的量化误差。这就是说,量化的数字代码所代表的模拟电压与相邻数字代码中间点的距离在 ±1/2LSB 之内。A/D转换器的精度不会超过内在的 ±1/2LSB 的量化误差所允许的范畴。增益、偏移和线性误差等模拟误差也会影响 A/D 转换器的精度。增益和偏移通常可调节为零,但线性误差是不可调的,因为它是由固定值的梯形电阻器网络和网络开关匹配造成的。大多数高质量A/D转换器的线性误差都低于±1/2LSB。另一个需要重点考虑的误差是微分线性误差。在理想的 A/D 转换器中,相邻过渡点间的步进大小为一个 LSB。微分线性误差就是在实际 A/D 转换器中相邻过渡点与理想的 LSB 步进差距。该误差必须小于一个 LSB,这样才能保证不会丢失代码。线性误差为 ±1/2LSB 的 A/D 转换器不一定意味着不会丢失代码。图5为微分线性、失调及增益误差图。

微分线性

 图5

        二进制代码:二进制编码的数据格式是数字计算机类型应用中最常见的,其处理通常以二进制形式进行。A/D 转换器中最常用的二进制编码为:

        1. 单极标准二进制 (USB)——用0~±10V等。

        2. 双极偏移二进制 (BOB)——用于双极模拟信号范围,如 ±5V、±10V 等

        3. 双极双组件 (BTC)——用于许多数字计算机应用中的双极模拟信号范围。

         在 A/D 转换器中使用两种 BCD 编码,单极 BCD 和符号数值 BCD (SMD)。

二进制代码

表3

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