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ADC软件运算精度

时间:2020-01-08 00:14来源:海猎人

ADC软件运算精度

软件的运算与硬件的运算有本质的区别,这里的运算包括了放大、微积分等。硬件的计算运行结果是连续可调的,也就是任何数值都会被处理出来,另一个特点是硬件元器件的参数是随环境的变化而变化的,这种变化都会体现在电路的运算结果中,从而导致随环境条件的变化而产生的偏移误差。而软件与之完全相对立,无论是其中的A/D转换,还是运算过程,一旦位数确定了,其最大误差就是确定的了,它的数值是离散性的,不会像硬件运算一样,任何数值都会运算得出来,A/D转换后的数值总是最接近其精确值附近的一个量化值,其误差可控,而且其运算过程不会受环境条件变化的影响。

在具体的设计工作中,常发现一种现象,硬件工程师选择ADC芯片时,总是倾向于选择位数较多的ADCICADC位数的选择并不是越高越好,从表面上看,ADC精度高了对数据的精度有好处,但硬件的精度不够高的情况下,等于是把太多的压力加给了A/D转换器部分,这是不合理的。举例如下。

一个峰值不超过5V的信号,精度为±0.1V,输入到A/D转换器,ADC芯片的Uref参考电平为5V,要求A/D转换器后的数值偏差不超过±0.15V,则ADC的位数应该选多大的比较合理?

4-13所示的是ADCA/D转换的过程,一个Un-Un+之间的电压值,ADC后,都会以同一个数字值An体现,Un-An-1An的中间值,Un+AnAn+1的中间值,即An的最大量化误差为±1/2位。

因此,由以上设计输入要求,Uref=5V,假设初步选定8A/D转换器,则8位数里有256个数值,有255个空格,An-1An之间的一个间隔所对应的电压U=5V/255=19.6mV。则对于一个8AD来说,其量化误差为±19.6mV/2=±9.8mV

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4-13

模拟输入信号误差为±0.1V=±100mV,设计要求总误差不超过±150mV,即在模拟量误差最大的时候,假设数字部分误差也最大,两相叠加,总误差都不应超出±150mV,此时模拟量误差为100mV,则数字部分量化误差必须控制在±50mV以内,这样即使在最坏的情况下,总误差都不会超出设计要求。

而实际上8A/D转换器的误差为±9.8mV,大约是实际误差要求的5倍,这样,A/D转换器位数的裕量自然就选大了,降低12位选择都足以满足要求。(本例仅供举例说明问题之用,因为现在810位的A/D转换器芯片已是司空见惯,并不太影响成本,所以在此例中,即使8A/D转换器位数高了点也无所谓)。

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