A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）的那些主要指標(biāo)

我們在選取和使用 A/D 的時(shí)候，依靠什么指標(biāo)來判斷很重要。由于 AD 的種類很多，分為積分型、逐次逼近型、并行/串行比較型、Σ-Δ型等多種類型。同時(shí)指標(biāo)也比較多，并且有的指標(biāo)還有輕微差別，在這里我是以同學(xué)們便于理解的方法去講解，如果和某一確定類型A/D 概念和原理有差別，也不會影響實(shí)際應(yīng)用。

ADC 的位數(shù)

一個(gè) n 位的 ADC 表示這個(gè) ADC 共有 2 的 n 次方個(gè)刻度。8 位的 ADC，輸出的是從 0～255 一共 256 個(gè)數(shù)字量，也就是 2 的 8 次方個(gè)數(shù)據(jù)刻度。

基準(zhǔn)源

基準(zhǔn)源，也叫基準(zhǔn)電壓，是 ADC 的一個(gè)重要指標(biāo)，要想把輸入 ADC 的信號測量準(zhǔn)確，那么基準(zhǔn)源首先要準(zhǔn)，基準(zhǔn)源的偏差會直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果的偏差。比如一根米尺，總長度本應(yīng)該是 1 米，假定這根米尺被火烤了一下，實(shí)際變成了 1.2 米，再用這根米尺測物體長度的話自然就有了較大的偏差。假如我們的基準(zhǔn)源應(yīng)該是 5.10V，但是實(shí)際上提供的卻是 4.5V，這樣誤把 4.5V 當(dāng)成了 5.10V 來處理的話，偏差也會比較大。

分辨率

分辨率是數(shù)字量變化一個(gè)最小刻度時(shí)，模擬信號的變化量，定義為滿刻度量程與 2n-1 的比值。假定 5.10V 的電壓系統(tǒng)，使用 8 位的 ADC 進(jìn)行測量，那么相當(dāng)于 0～255 一共 256 個(gè)刻度把 5.10V 平均分成了 255 份，那么分辨率就是 5.10/255 = 0.02V。

INL(積分非線性度)和 DNL(差分非線性度)

初學(xué)者最容易混淆的兩個(gè)概念就是“分辨率”和“精度”，認(rèn)為分辨率越高，則精度越高，而實(shí)際上，兩者之間是沒有必然聯(lián)系的。分辨率是用來描述刻度劃分的，而精度是用來描述準(zhǔn)確程度的。同樣一根米尺，刻度數(shù)相同，分辨率就相當(dāng)，但是精度卻可以相差很大，如圖 17-2 所示。

圖 17-2 米尺精度對比

圖 17-2 表示的精度一目了然，不需多說。和 ADC 精度關(guān)系重大的兩個(gè)指標(biāo)是 INL(Integral NonLiner)和 DNL(Differencial NonLiner)。

INL 指的是 ADC 器件在所有的數(shù)值上對應(yīng)的模擬值，和真實(shí)值之間誤差最大的那一個(gè)點(diǎn)的誤差值，是 ADC 最重要的一個(gè)精度指標(biāo)，單位是 LSB。LSB(Least Significant Bit)是最低有效位的意思，那么它實(shí)際上對應(yīng)的就是 ADC 的分辨率。一個(gè)基準(zhǔn)為 5.10V 的 8 位 ADC，它的分辨率就是 0.02V，用它去測量一個(gè)電壓信號，得到的結(jié)果是 100，就表示它測到的電壓值是 100*0.02V=2V，假定它的 INL 是 1LSB，就表示這個(gè)電壓信號真實(shí)的準(zhǔn)確值是在1.98V～2.02V 之間的，按理想情況對應(yīng)得到的數(shù)字應(yīng)該是 99～101，測量誤差是一個(gè)最低有效位，即 1LSB。

DNL 表示的是 ADC 相鄰兩個(gè)刻度之間最大的差異，單位也是 LSB。一把分辨率是 1 毫米的尺子，相鄰的刻度之間并不都剛好是 1 毫米，而總是會存在或大或小的誤差。同理，一個(gè) ADC 的兩個(gè)刻度線之間也不總是準(zhǔn)確的等于分辨率，也是存在誤差，這個(gè)誤差就是 DNL。

一個(gè)基準(zhǔn)為 5.10V 的 8 位 ADC，假定它的 DNL 是 0.5LSB，那么當(dāng)它的轉(zhuǎn)換結(jié)果從 100 增加到 101 時(shí)，理想情況下實(shí)際電壓應(yīng)該增加 0.02V，但 DNL 為 0.5LSB 的情況下實(shí)際電壓的增加值是在 0.01～0.03V 之間。值得一提的是 DNL 并非一定小于 1LSB，很多時(shí)候它會等于或大于 1LSB，這就相當(dāng)于是一定程度上的刻度紊亂，當(dāng)實(shí)際電壓保持不變時(shí)，ADC 得出的結(jié)果可能會在幾個(gè)數(shù)值之間跳動，很大程度上就是由于這個(gè)原因(但并不完全是，因?yàn)檫€有無時(shí)無處不在的干擾的影響)。

轉(zhuǎn)換速率

轉(zhuǎn)換速率，是指 ADC 每秒能進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換的最大次數(shù)，單位是 sps(或 s/s、sa/s，即 samples per second)，它與 ADC 完成一次從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間互為倒數(shù)關(guān)系。ADC 的種類比較多，其中積分型的 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級的，屬于低速 ADC;逐次逼近型 ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間是微妙級的，屬于中速 ADC;并行/串行的 ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)到納秒級，屬于高速 ADC。

ADC 的這幾個(gè)主要指標(biāo)大家先熟悉一下，對于其它的，作為一個(gè)入門級別的選手來說，先不著急深入理解。以后使用過程中遇到了，再查找相關(guān)資料深入學(xué)習(xí)，當(dāng)前重點(diǎn)是在頭腦中建立一個(gè) ADC 的基本概念。