一分鐘看懂ADC精度和分辨率的區別

在解釋ADC精度之前,我們先來簡單的了解一下ADC的概念。

ADC( Analog-to-Digital Converter的縮寫)意思是模數轉換器。是指將連續變化的模擬信號轉換為離散的數字信號的器件。真實世界的模擬信號,例如溫度、壓力、聲音或者圖像等,需要轉換成更容易存儲、處理和發射的數字形式。ADC(模/數轉換器)可以實現這個功能,在各種不同的產品中可以找到它的身影。與之相對應的DAC (Digital-to-Analog Converter 的縮寫)意思是數模轉換器,它是ADC模數轉換的逆向。

了解了ADC的概念,接下來來看一下我們常說的ADC精度到底是指什么呢?

提到一顆MCUADC精度,大家首先想到的是多少位,比如10位,12位。其實準確來說,10位、12位是分辨率,并非精度。AD轉換就如同一把尺子,把參考電壓分成n分,再用這把尺子去量需要檢測的電壓。12位的二進制數轉換成十進制數,最大值是409612位的ADC就是可以把0V到參考電壓之間的電壓值分成4096份。那么問題來了,每一份之間的“長度”是否一致的呢?這么多份累加后是不是和參考電壓值一致呢?事實并不那么理想,由于設計和制造等各方面的原因,這4096份并不是完全等分的,每一個刻度都可能會與理想值偏差,而且最小刻度可能不是對應0V,最大刻度也不是對應參考電壓。通常查看ADC器件的數據手冊,會發現跟精度有關的有兩個很重要的指標DNLDifferencialNonLiner——微分非線性度INLInterger NonLiner——積分非線性度。這兩個指標就是用來描述剛才說的這種實際轉換值與理想值之間的誤差范圍。

簡單來說,“精度”是用來描述物理量的準確程度的,而分辨率是用來描述刻度劃分的。從定義上看,這兩個量應該是風馬牛不相及的。很多賣傳感器的廠商就是利用這一點來糊弄人的了。簡單做個比喻:有這么一把常見的塑料尺,它的量程是10厘米,上面有100個刻度,最小能讀出1毫米的有效值。那么我們就說這把尺子的分辨率是1毫米,或者量程的1%;而它的實際精度就不得而知了(算是0.1毫米吧)。當我們用火來烤一下它,并且把它拉長一段,然后再考察一下它。我們不難發現,它還有有100個刻度,它的分辨率還是1毫米,跟原來一樣!然而,您還會認為它的精度還是原來的0.1毫米么? 

AD轉換結果的精度除了ADC模塊本身性能的影響,還受其他因素的影響,比如外部環境溫度的變化,內部ADC參考電壓等。

以我司MDT10F272為例,內部ADC參考電壓出廠校準精度為±1%,也就是說排除掉ADC自身的精度不說,參考電壓就會帶來ADC轉換結果±1%的誤差,ADC轉換結果值越大,這個誤差造成的誤差值越大。

比如采樣的AD值是200,則200*0.01 = 2,可能會偏差2個LSB,但如果采樣值是2000,那就可能會偏差20個LSB。這個誤差是會累積的。

這體現在采樣的電壓越接近參考電壓,偏差的LSB越多,如果一顆MCU的參考電壓正偏1%,另一顆MCU的參考電壓負偏1%,那么這兩顆MCU對同一電壓采樣的結果就至少有2%的差值。例如當采樣值為4000時,那這兩顆MCU采樣得到的值可能會達到80個LSB的誤差。

所以在實際應用中,要綜合考慮,減小參考電壓誤差帶來的AD轉換結果的誤差,比如通過設定相對較高的參考電壓,或者采樣高精度外部參考來提升ADC精度。

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MDT10F272應用領域

主要針對消費類電子,小家電等產品

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