ADC精度

ADC分辨率和精度的区别rourou2015-9-9下午3:10分辨率和精度这两个，经常拿在一起说，才接触的时候经常混为一谈。对于ADC来说，这两样也是非常重要的参数，往往也决定了芯片价格，显然，我们都清楚同一个系列，16位AD一般比12位AD价格贵，但是同样是12位AD，不同厂商间又以什么参数区分性能呢？性能往往决定价格，那么什么参数对价格影响较大呢？不好意思，我其实还是有些迷惑的，但是看了下篇文章，至少知道“精度”是有很大影响力的。该篇文章主要解释ADC分辨率和精度的区别，非常详细且易懂，值得一看，全文如下：最近做了一块板子，当然考虑到元器件的选型了，由于指标中要求精度比较高，所以对于AD的选型很慎重。很多人对于精度和分辨率的概念不清楚，这里我做一下总结，希望大家不要混淆。我们搞电子开发的，经常跟“精度”与“分辨率”打交道，这个问题不是三言两语能搞得清楚的，在这里只作抛砖引玉了。简单点说，“精度”是用来描述物理量的准确程度的，而“分辨率”是用来描述刻度划分的。从定义上看，这两个量应该是风马牛不相及的。（是不是有朋友感到愕然^_^）。很多卖传感器的JS就是利用这一点来糊弄人的了。简单做个比喻：有这么一把常见的塑料尺（中学生用的那种），它的量程是10厘米，上面有100个刻度，最小能读出1毫米的有效值。那么我们就说这把尺子的分辨率是1毫米，或者量程的1%；而它的实际精度就不得而知了（算是0.1毫米吧）。当我们用火来烤一下它，并且把它拉长一段，然后再考察一下它。我们不难发现，它还有有100个刻度，它的“分辨率”还是1毫米，跟原来一样！然而，您还会认为它的精度还是原来的0.1毫米么？（这个例子是引用网上的，个人觉得比喻的很形象！）回到电子技术上，我们考察一个常用的数字温度传感器：AD7416。供应商只是大肆宣扬它有10位的AD，分辨率是1/1024。那么，很多人就会这么欣喜：哇塞，如果测量温度0-100摄氏度，100/1024……约等于0.098摄氏度！这么高的精度，足够用了。但是我们去浏览一下AD7416的数据手册，居然发现里面赫然写着：测量精度0.25摄氏度！所以说分辨率跟精度完全是两回事，在这个温度传感器里，只要你愿意，你甚至可以用一个14位的AD，获得1/16384的分辨率，但是测量值的精度还是0.25摄氏度^_^所以很多朋友一谈到精度，马上就和分辨率联系起来了，包括有些项目负责人，只会在那里说：这个系统精度要求很高啊，你们AD的位数至少要多少多少啊……其实，仔细浏览一下AD的数据手册，会发现跟精度有关的有两个很重要的指标：DNL和INL。似乎知道这两个指标的朋友并不多，所以在这里很有必要解释一下。DNL：DifferencialNonLiner——微分非线性度INL：IntergerNonLiner——积分非线性度（精度主要用这个值来表示）他表示了ADC器件在所有的数值点上对应的模拟值，和真实值之间误差最大的那一点的误差值。也就是，输出数值偏离线性最大的距离。单位是LSB（即最低位所表示的量）。当然，像有的AD如△—∑系列的AD，也用Linearityerror来表示精度。为什么有的AD很贵，就是因为INL很低。分辨率同为12bit的两个ADC，一个INL＝±3LSB，而一个做到了±1.5LSB，那么他们的价格可能相差一倍。所以在这里帮大家把这两个概念理一下，以后大家就可以理直气壮的说精度和分辨率了，而不是将精度理解为分辨率。呵呵，希望对大家有用！分辨率计算：测量电压范围/(2^AD位数-1)详述ADC精度和分辨率的概念差异在与使用模数转换器（ADC）的系统设计人员进行交谈时，我最常听到的一个问题就是：“你的16位ADC的精度也是16位的吗？”这个问题的答案取决于对分辨率和精度概念的基本理解。尽管是两个完全不同的概念，这两个数据项经常被搞混和交换使用。该文详述了这两个概念间的差异，并将深入研究造成ADC不准确的主要原因。ADC的分辨率被定义为输入信号值的最小变化，这个最小数值变化会改变数字输出值的一个数值。对于一个理想ADC来说，传递函数是一个步宽等于分辨率的阶梯。然而，在具有较高分辨率的系统中（≥16位），传输函数的响应将相对于理想响应有一个较大的偏离。这是因为ADC以及驱动器电路导致的噪声会降低ADC的分辨率。此外，如果DC电压被施加到理想ADC的输入上并且执行多个转换的话，数字输出应该始终为同样的代码（由图1中的黑点表示）。现实中，根据总体系统噪声（也就是包括电压基准和驱动器电路），输出代码被分布在多个代码上（由下面的一团红点表示）。系统中的噪声越多，数据点的集合就越宽，反之亦然。图1中显示的是一个中量程DC输入的示例。ADC传递函数上输出点的集合通常被表现为ADC数据表中的DC柱状图。图1：ADC传递曲线上ADC分辨率和有效分辨率的图示图1中的图表提出了一个有意思的问题。如果同样的模拟输入会导致多个数字输出，那么对于ADC分辨率的定义仍然有效吗？是的，前提是我们只考虑ADC的量化噪声。然而，当我们将信号链中所有的噪声和失真计算在内时，正如等式（1）中所显示的那样，ADC的有效无噪声分辨率取决于输出代码分布（NPP）。在典型ADC数据表中，有效位数（ENOB）间接地由AC参数和信噪失真比（SINAD）指定，可使用方程式2计算得出：下面，考虑一下图1中的输出代码簇（红点）不是位于理想输出代码的中央，而是位于远离黑点的ADC传递曲线上的其他位置（如图2中所示）。这个距离是指示出采集系统精度。不但ADC，还有前端驱动电路、基准和基准缓冲器都会影响到总体系统精度。图2：ADC传递曲线的精度图示需要注意的重要一点是ADC精度和分辨率是两个也许不相等的不同参数。从系统设计角度讲，精度确定了系统的总体误差预算，而系统软件算法完整性、控制和监视功能取决于分辨率。ADI_Amy2015-4-23下午6:05（回复rourou）感谢分享！分辨率和精度之间的差异。举例来说，当两个转换器都具有12bit的相同分辨率时，但其中一个可能只有10bit的精度，而另一个可能具有14bit的精度，应当认识到这两种转换器具有不一样的性能。还有就是，即使增加分辨率bit数而达不到这些增加的bit数所提高的精度，也不能达到提高精度的目的。顺便推荐一点有关“精度和分辨率”的资料问：我的ADC具有12位线性度，但ENOB仅10.5。你们的规格是否违规夸大？答：最近我的一个老朋友兼同事退休了。在整理办公室的时候，我想起他曾经是“官方老数据手册管理员”。没错，就是那些已经发布、并且过时了的数据手册的罕见印刷副本；早在目前已经普及的数字文档产生之前。我的朋友和古老苏格兰长老派教会的教堂执事没什么两样，执事负责保管的教堂圣经可能是所在教堂中唯一的一本圣经。他告诉我，他选择了我做他的继任者。那是一间充满老年人气息的房间，没有标识和其它类似的东西，而我的办公室有幸与他信任的人离得最近，能够托付这项光荣的任务。当我和我朋友追忆以前某些产品的成败往事时，我想起我刚回答过客户有关ADC有效位数(ENOB)的问题。ENOB基于理想的ADC产品信噪比(SNR)公式计算：SNR=6.02×N+1.76dB，其中N是ADC的分辨率。实际使用中，由于ADC自身存在噪声和误差，因此从未能达到这一SNR值。您可以重新排列这个公式，来计算ADC的有效N（即我们常说的ENOB）：ENOB=(SNR–1.76)/6.02dB。我们讨论的器件是一款12位ADC，但ENOB仅为10.5。客户非常有礼貌，但必须说明将这款ADC说成具有12位分辨率似乎不太合适，因为它缺少了1.5位性能。我们所说的这款器件工作在500MSPS，对于驱动它的电源而言，这是非常高的速度。客户追问我，我们是不是夸大了分辨率。他说得就像我们不守规矩！我解释说，我们并没有违背线性度规定；在额定分辨率下，转换器的差分线性度必须低于1LSB。另外，转换器的积分线性度决定其失真性能，因此具有较高分辨率的转换器能够达到较高的SFDR。当我把这事告诉我朋友的时候，他表示理解。我们刚谈论了一款25年前真正获得成功的产品，它是一款12位ADC器件，而当时最先进的吞吐率要比现在低50倍——仅10MSPS。我们拿出老数据手册查找起来，果然，它是10.5ENOB!