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(多图) 嵌入式模数转换器的原理及应用

来源:国外电子测量技术 /作者:孙孝波 辛建国?? 2006年08月24日 ?? 收藏0

?????? 前言

?????? 在数据采集系统中,模数转换器是其中至关重要的环节,模数转换器的精度以及系统的成本直接影响到系统的实用性,因此,如何提高模数转换器的精度和降低系统的成本是衡量系统是否具有实际应用价值的标准。

??? 一般来说,想提高模数转换器的精度,势必会引起成本的增加,这就要求我们按照具体的精度要求合理的设计模数转换器,来达到具体的要求和降低系统的成本。在精度要求不是很高的场合,我们经常利用嵌入微控制器片内的A/D转换器来实现模数转换,以此来降低系统的成本,但由此又产生了另外的问题,嵌入式模数转换器是否具有所要求的精度,若超出测量范围如何与测量电路进行接口,以及如何减小微控制器的电磁干扰提高嵌入式模数转换器的精度问题。这都要求我们采取不同的措施来提高嵌入式模数转换器的精度。

?????? 1? 精度与分辨率

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??? ADC的精度和分辨率是两个不同的概念。精度是指转换器实际值与理论值之间的偏差;分辨率是指转换器所能分辨的模拟信号的最小变化值。ADC分辨率的高低取决于位数的多少。一般来讲,分辨率越高,精度也越高,但是影响转换器精度的因素很多,分辨率高的ADC,并不一定具有较高的精度。精度是偏移误差、增益误差、积分线性误差、微分线性误差、温度漂移等综合因素引起的总误差。因量化误差是模拟输入量在量化取整过程中引起的,因此,分辨率直接影响量化误差的大小,量化误差是一种原理性误差,只与分辨率有关,与信号的幅度,采样速率无关,它只能减小而无法完全消除,只能使其控制在一定的范围之内,一般在±1/2LSB范围内。

???????1.1? 偏移误差

?????? 偏移误差是指实际模数转换曲线中数字0的代码中点与理想转换曲线中数字0的代码中点的最大差值电压。这一差值电压称作偏移电压,一般以满量程电压值的百分数表示。在一定温度下,多数转换器可以通过对外部电路的调整,使偏移误差减小到接近于零,但当温度变化时,偏移电压又将出现,这主要是由于输入失调电压及温漂造成的。一般来说,温度变化较大时,要补偿这一误差是很困难的。

???????1.2 增益误差

?????? 增益误差是转换器输出全“1”时,实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差。它使传输特性曲线绕坐标原点偏离理想特性曲线一定的角度,即增益误差表示模数转换特性曲线的实际斜率与理想斜率的偏差,它的数值一般用满量程的百分比来表示。

?????? ADC的理想传输函数的关系式是

????????????????????????????? ???公式????????????????? ???? (1)

式中Un是没有量化时的标准模拟电压,由于存在增益误差,式(1)变为

??????????????????????????????? 公式?????????????? &nbs;

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ADC? 嵌入式? 原理?

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