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A/D（数模转换）的概念和指标
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ADC:通过模数转换器（analog to digital converter）将模拟量到数字量的转换。
DAC:通过数模转换器（digital to analog converter）将数字量到模拟量的转换。
如何选取A/D转换器
由A/D的种类很多，包括积分型，逐次逼近型，并行/串行比较型，Σ-Δ型等多种类型等等。同时指标很多，并且指标有差别，A/D的指标包括：
（1）ADC的位数
一个 n 位的 ADC 表示这个 ADC 共有 2 的 n 次方个刻度。8 位的 ADC，输出的是从 0～255 一共 256 个数字量，也就是 2 的 8 次方个数据刻度。
（2）基准源
基准源，也叫基准电压，是 ADC 的一个重要指标，要想把输入 ADC 的信号测量准确，那么基准源首先要准，基准源的偏差会直接导致转换结果的偏差。比如我们的基准源应该是 5.10V，但是实际上提供的却是 4.5V，这样误把 4.5V 当成了 5.10V 来处理的话，偏差也会比较大。
（3）分辨率
分辨率是数字量变化一个最小刻度时，模拟信号的变化量，定义为满刻度量程与 2n-1 的比值。假定 5.10V 的电压系统，使用 8 位的 ADC 进行测量，那么相当于 0～255 一共 256 个刻度把 5.10V 平均分成了 255 份，那么分辨率就是 5.10/255 = 0.02V。
（4）INL（积分非线性度）和 DNL（差分非线性度）
初学者最容易混淆的两个概念就是“分辨率”和“精度”，认为分辨率越高，则精度越高，而实际上，两者之间是没有必然联系的。分辨率是用来描述刻度划分的，而精度是用来描述准确程度的。同样一根米尺，刻度数相同，分辨率就相当，但是精度却可以相差很大。
（2）基准源
基准源，也叫基准电压，是 ADC 的一个重要指标，要想把输入 ADC 的信号测量准确，那么基准源首先要准，基准源的偏差会直接导致转换结果的偏差。比如我们的基准源应该是 5.10V，但是实际上提供的却是 4.5V，这样误把 4.5V 当成了 5.10V 来处理的话，偏差也会比较大。
（3）分辨率
分辨率是数字量变化一个最小刻度时，模拟信号的变化量，定义为满刻度量程与 2n-1 的比值。假定 5.10V 的电压系统，使用 8 位的 ADC 进行测量，那么相当于 0～255 一共 256 个刻度把 5.10V 平均分成了 255 份，那么分辨率就是 5.10/255 = 0.02V。
（4）INL（积分非线性度）和 DNL（差分非线性度）
初学者最容易混淆的两个概念就是“分辨率”和“精度”，认为分辨率越高，则精度越高，而实际上，两者之间是没有必然联系的。分辨率是用来描述刻度划分的，而精度是用来描述准确程度的。同样一根米尺，刻度数相同，分辨率就相当，但是精度却可以相差很大。
INL：指的是 ADC 器件在所有的数值上对应的模拟值，和真实值之间误差最大的那一个点的误差值。是 ADC 最重要的一个精度指标，单位是 LSB。LSB（Least Significant Bit）是最低有效位的意思，那么它实际上对应的就是 ADC 的分辨率。一个基准为 5.10V 的 8 位 ADC，它的分辨率就是 0.02V，用它去测量一个电压信号，得到的结果是 100，就表示它测到的电压值是 100*0.02V=2V，假定它的 INL 是 1LSB，就表示这个电压信号真实的准确值是在1.98V～2.02V 之间的，按理想情况对应得到的数字应该是 99～101，测量误差是一个最低有效位，即 1LSB。
DNL：指的是 ADC 相邻两个刻度之间最大的差异，单位也是 LSB。一把分辨率是 1 毫米的尺子，相邻的刻度之间并不都刚好是 1 毫米，而总是会存在或大或小的误差。同理，一个 ADC 的两个刻度线之间也不总是准确的等于分辨率，也是存在误差，这个误差就是 DNL。
一个基准为 5.10V 的 8 位 ADC，假定它的 DNL 是 0.5LSB，那么当它的转换结果从 100 增加到 101 时，理想情况下实际电压应该增加 0.02V，但 DNL 为 0.5LSB 的情况下实际电压的增加值是在 0.01～0.03V 之间。值得一提的是 DNL 并非一定小于 1LSB，很多时候它会等于或大于 1LSB，这就相当于是一定程度上的刻度紊乱，当实际电压保持不变时，ADC 得出的结果可能会在几个数值之间跳动，很大程度上就是由于这个原因（但并不完全是，因为还有无时无处不在的干扰的影响）。
（5）转换速率
转换速率：是指 ADC 每秒能进行采样转换的最大次数，单位是 sps（或 s/s、sa/s，即 samples per second）。它与 ADC 完成一次从模拟到数字的转换所需要的时间互为倒数关系。ADC 的种类比较多，其中积分型的 ADC 转换时间是毫秒级的，属于低速 ADC；逐次逼近型 ADC转换时间是微妙级的，属于中速 ADC；并行/串行的 ADC 的转换时间可达到纳秒级，属于高速 ADC。
（5）转换速率
转换速率：是指 ADC 每秒能进行采样转换的最大次数，单位是 sps（或 s/s、sa/s，即 samples per second）。它与 ADC 完成一次从模拟到数字的转换所需要的时间互为倒数关系。ADC 的种类比较多，其中积分型的 ADC 转换时间是毫秒级的，属于低速 ADC；逐次逼近型 ADC转换时间是微妙级的，属于中速 ADC；并行/串行的 ADC 的转换时间可达到纳秒级，属于高速 ADC。
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发表评论 评论 (3 个评论)
- 回复 grace-luo
- 关于基准源不准带来偏差这方面，个人的理解如下：如果基准源不稳定，必定会为ADC的量化带来较大的偏差；如果基准源稳定，正如基准源本应该是5.10V，但实际提供的是4.5V的基准源，这得看ADC的种类和其输入信号的大小，比如对于并行比较型的ADC，量化的数量不变，假设每相邻两个刻度之间的间隔一样，则每个间隔对应的模拟信号变化值变小了，及能分辨更小的模拟信号变化值，同时其输入信号的最大幅值小于4.5V，则不会带来把偏差。这纯属个人理解，希望多多交流指教，共同进步。
- 回复 吹泡泡的小鱼
grace-luo: 关于基准源不准带来偏差这方面，个人的理解如下：如果基准源不稳定，必定会为ADC的量化带来较大的偏差；如果基准源稳定，正如基准源本应该是5.10V，但实际提供的 ...
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