當(dāng)前位置:首頁(yè) > 模擬 > 模擬
[導(dǎo)讀]當(dāng)筆者與使用模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員聊天時(shí),他們最常問(wèn)的就是:“您的16位A/D轉(zhuǎn)換器準(zhǔn)確度也是16位嗎?”要回答這個(gè)問(wèn)題,關(guān)鍵在于從根本上理解分辨率和準(zhǔn)確度這兩個(gè)概念之間的區(qū)別。盡管這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)

當(dāng)筆者與使用模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員聊天時(shí),他們最常問(wèn)的就是:“您的16位A/D轉(zhuǎn)換器準(zhǔn)確度也是16位嗎?”

要回答這個(gè)問(wèn)題,關(guān)鍵在于從根本上理解分辨率和準(zhǔn)確度這兩個(gè)概念之間的區(qū)別。盡管這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)是截然不同的,但它們卻經(jīng)常被混淆或互換使用。

A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率被定義為輸入信號(hào)值的最小變化,可通過(guò)一次計(jì)數(shù)改變數(shù)字輸出值。就理想的A/D轉(zhuǎn)換器而言,傳遞函數(shù)呈階梯狀,且每個(gè)步階寬度等于分辨率。但使用較高分辨率(16位或16位以上)的系統(tǒng)時(shí),傳遞函數(shù)的響應(yīng)和理想的響應(yīng)之間將存在較大的偏差。這是因?yàn)橛葾/D轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動(dòng)器電路產(chǎn)生的噪聲可降低該轉(zhuǎn)換器的分辨率。

此外,如果一種直流(DC)電壓被施加到理想A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端并進(jìn)行了多次轉(zhuǎn)換,那么數(shù)字輸出應(yīng)始終是同一個(gè)代碼。但在現(xiàn)實(shí)中,輸出代碼卻成了多個(gè)代碼,在多個(gè)位置上分布(見(jiàn)下圖的紅點(diǎn)群集),具體取決于系統(tǒng)總噪聲,其它因素還包括電壓參考和驅(qū)動(dòng)器電路。系統(tǒng)里噪聲越多,數(shù)據(jù)點(diǎn)的群集范圍會(huì)越大,反之亦然。圖1展示了一個(gè)半量程DC輸入的例子。在A/D轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品說(shuō)明書中,A/D轉(zhuǎn)換器傳遞函數(shù)圖上的這種輸出點(diǎn)群集通常被表示為DC直方圖。

圖1的例證帶來(lái)了一個(gè)有趣的問(wèn)題。如果同一種模擬輸入能產(chǎn)生多種數(shù)字輸出,那么A/D轉(zhuǎn)換器分辨率的定義是否依然適用?答案是肯定的 —— 但前提是我們要考慮到A/D轉(zhuǎn)換器的量化噪聲。然而,當(dāng)我們對(duì)信號(hào)鏈中的所有噪聲和失真進(jìn)行探究考量時(shí),卻發(fā)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換器的無(wú)噪聲有效分辨率是由輸出代碼散布(Npp)狀況來(lái)決定的。

無(wú)噪聲分辨率 = log2(2n/Npp)

其中n是理想的分辨率

在典型的A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品說(shuō)明書中,有效位數(shù)(ENOB)由交流(AC)參數(shù)和信噪失真比(SINAD)間接確定,可用下邊的方程式計(jì)算出ENOB:

ENOB =(SINAD-1.76)/6.02

接下來(lái)請(qǐng)仔細(xì)觀察:輸出代碼群集(圖1里的綠色群集)是否不僅未以理想的輸出代碼為中心、反而位于A/D轉(zhuǎn)換器傳遞曲線上的其它位置,遠(yuǎn)離紅點(diǎn)?這個(gè)距離是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)準(zhǔn)確度的指標(biāo)。A/D轉(zhuǎn)換器以及前端驅(qū)動(dòng)電路、參考和參考緩沖器都是整個(gè)系統(tǒng)準(zhǔn)確度的影響因素。

這里應(yīng)當(dāng)注意的是:A/D轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)確度和分辨率是兩個(gè)不同的參數(shù),它們可能彼此不相等。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看,準(zhǔn)確度可決定系統(tǒng)的整體誤差預(yù)算,而系統(tǒng)軟件算法完整性、控制和監(jiān)測(cè)能力則取決于分辨率。

已確定了A/D轉(zhuǎn)換器分辨率和準(zhǔn)確度之間的區(qū)別,我們現(xiàn)在可深入探討一下能對(duì)該轉(zhuǎn)換器的總準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響的因素,通常被稱為未調(diào)整總誤差(TUE)。

您可曾想過(guò)在A/D轉(zhuǎn)換器的未調(diào)整總誤差(TUE)技術(shù)規(guī)格中“總”代表什么嗎?是僅僅把來(lái)自產(chǎn)品說(shuō)明書的所有DC誤差技術(shù)規(guī)格,如偏移電壓、增益誤差和積分非線性 (INL) 誤差加起來(lái)那么簡(jiǎn)單還是有更深層的含義呢?事實(shí)上,TUE是系統(tǒng)總誤差相對(duì)于該轉(zhuǎn)換器工作輸入范圍的比率。

更具體地說(shuō),TUE是以最低有效位(LSB)為單位表示的DC誤差技術(shù)規(guī)格,代表A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際傳遞函數(shù)和理想傳遞函數(shù)之間存在的最大偏差。該技術(shù)規(guī)格假設(shè)未進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)校準(zhǔn)。

從概念上講,TUE反映的是A/D轉(zhuǎn)換器運(yùn)行狀況中下列各類非理想因素的聯(lián)合效應(yīng):

· 偏移誤差(VOS)。該誤差是A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際傳遞曲線和理想傳遞曲線之間的恒定差異(見(jiàn)圖2)。它是測(cè)定的數(shù)字輸出,通過(guò)把A/D轉(zhuǎn)換器輸入端短接到接地(GND)獲得。

· 增益誤差。A/D轉(zhuǎn)換器輸出的實(shí)際斜率和理想斜率之間的差異。它通常被表示為滿量程代碼處A/D轉(zhuǎn)換器范圍或最大誤差的比率。如圖2所示,隨著模擬輸入接近滿量程值,增益誤差的絕對(duì)值會(huì)增大。

· 積分非線性(INL)誤差。A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際傳遞曲線和理想直線運(yùn)行方式之間存在的最大非線性偏差。A/D轉(zhuǎn)換器的INL響應(yīng)圖沒(méi)有固定的形狀,具體取決于內(nèi)部電路架構(gòu)以及由前端信號(hào)調(diào)節(jié)電路造成的失真。

大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品說(shuō)明書為所有上述DC誤差明確規(guī)定了典型值和最大值,但未給TUE指定這方面的數(shù)值。計(jì)算TUE的最大值可不像求所有單個(gè)DC誤差最大值的總和那么簡(jiǎn)單。原因是:所有這些誤差是不相關(guān)的,而且最糟糕的情況是,在A/D轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)上,偏移、增益和線性誤差可能并非都出現(xiàn)于相同的輸入電壓下。所以,將誤差簡(jiǎn)單相加也許會(huì)使系統(tǒng)準(zhǔn)確度看起來(lái)過(guò)差。如果應(yīng)用的動(dòng)態(tài)范圍被限制在接近傳遞函數(shù)中間的位置,情況更是如此。

在典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,與A/D轉(zhuǎn)換器配套的有一個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)器,還有一個(gè)電壓參考,兩者均可使總的偏移和增益誤差增加。因此,在大多數(shù)無(wú)校準(zhǔn)功能的系統(tǒng)里計(jì)算TUE最大值時(shí),偏移和增益誤差會(huì)比INL誤差大。要計(jì)算特定模擬輸入電壓下的最大TUE,推薦的方法是取那一點(diǎn)上所有單個(gè)誤差最大值的和方根。重要的是把所有這些誤差轉(zhuǎn)換成相同的單位(通常是LSB)。

TUE = v[|VOS|2 + gain2 + INL2]

借助該方程式通??缮梢粋€(gè)“蝴蝶結(jié)”形狀的誤差圖。對(duì)于具有較高偏移誤差的系統(tǒng),“蝴蝶結(jié)”的結(jié)較厚。但對(duì)于具有較高增益誤差的系統(tǒng),“蝴蝶結(jié)”的結(jié)則變得較薄,弓形變得較厚。

總之,沒(méi)有能為A/D轉(zhuǎn)換器計(jì)算TUE最大值的確定公式,因?yàn)樵撜`差取決于A/D轉(zhuǎn)換器工作時(shí)的輸入范圍。如果系統(tǒng)不需要采用A/D轉(zhuǎn)換器的整個(gè)輸入范圍,那么工程師可通過(guò)使該器件遠(yuǎn)離其傳遞函數(shù)的端點(diǎn)運(yùn)行來(lái)最大限度地減小TUE。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉