17.2 A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)的主要指標

我們在選取和使用 A/D 的時候，依靠什么指標來判斷很重要。由于 AD 的種類很多，分為積分型、逐次逼近型、并行/串行比較型、Σ-Δ 型等多種類型。同時指標也比較多，并且有的指標還有輕微差別，在這里我是以同學們便于理解的方法去講解，如果和某一確定類型 A/D 概念和原理有差別，也不會影響實際應(yīng)用。

ADC 的位數(shù)

一個 n 位的 ADC 表示這個 ADC 共有2的 n 次方個刻度。8位的 ADC，輸出的是從0～255一共256個數(shù)字量，也就是2的8次方個數(shù)據(jù)刻度。

基準源

基準源，也叫基準電壓，是 ADC 的一個重要指標，要想把輸入 ADC 的信號測量準確，那么基準源首先要準，基準源的偏差會直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果的偏差。比如一根米尺，總長度本應(yīng)該是1米，假定這根米尺被火烤了一下，實際變成了1.2米，再用這根米尺測物體長度的話自然就有了較大的偏差。假如我們的基準源應(yīng)該是 5.10 V，但是實際上提供的卻是 4.5 V，這樣誤把 4.5 V 當成了 5.10 V 來處理的話，偏差也會比較大。

分辨率

分辨率是數(shù)字量變化一個最小刻度時，模擬信號的變化量，定義為滿刻度量程與 2n-1 的比值。假定 5.10 V 的電壓系統(tǒng)，使用8位的 ADC 進行測量，那么相當于0～255一共256個刻度把 5.10 V 平均分成了255份，那么分辨率就是 5.10/255 = 0.02 V。

INL（積分非線性度）和 DNL（差分非線性度）

初學者最容易混淆的兩個概念就是“分辨率”和“精度”，認為分辨率越高，則精度越高，而實際上，兩者之間是沒有必然聯(lián)系的。分辨率是用來描述刻度劃分的，而精度是用來描述準確程度的。同樣一根米尺，刻度數(shù)相同，分辨率就相當，但是精度卻可以相差很大，如圖17-2所示。

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圖17-2 米尺精度對比

圖17-2 表示的精度一目了然，不需多說。和 ADC 精度關(guān)系重大的兩個指標是 INL(Integral NonLiner)和 DNL(Differencial NonLiner)。

INL 指的是 ADC 器件在所有的數(shù)值上對應(yīng)的模擬值，和真實值之間誤差最大的那一個點的誤差值，是 ADC 最重要的一個精度指標，單位是 LSB。LSB（Least Significant Bit）是最低有效位的意思，那么它實際上對應(yīng)的就是 ADC 的分辨率。一個基準為 5.10 V 的8位 ADC，它的分辨率就是 0.02 V，用它去測量一個電壓信號，得到的結(jié)果是100，就表示它測到的電壓值是 100*0.02 V=2 V，假定它的 INL 是 1LSB，就表示這個電壓信號真實的準確值是在 1.98 V～2.02 V 之間的，按理想情況對應(yīng)得到的數(shù)字應(yīng)該是99～101，測量誤差是一個最低有效位，即 1LSB。

DNL 表示的是 ADC 相鄰兩個刻度之間最大的差異，單位也是 LSB。一把分辨率是1毫米的尺子，相鄰的刻度之間并不都剛好是1毫米，而總是會存在或大或小的誤差。同理，一個 ADC 的兩個刻度線之間也不總是準確的等于分辨率，也是存在誤差，這個誤差就是 DNL。

一個基準為 5.10 V 的8位 ADC，假定它的 DNL 是 0.5LSB，那么當它的轉(zhuǎn)換結(jié)果從100增加到101時，理想情況下實際電壓應(yīng)該增加 0.02 V，但 DNL 為 0.5LSB 的情況下實際電壓的增加值是在 0.01～0.03 V 之間。值得一提的是 DNL 并非一定小于 1LSB，很多時候它會等于或大于 1LSB，這就相當于是一定程度上的刻度紊亂，當實際電壓保持不變時，ADC 得出的結(jié)果可能會在幾個數(shù)值之間跳動，很大程度上就是由于這個原因（但并不完全是，因為還有無時無處不在的干擾的影響）。

轉(zhuǎn)換速率

轉(zhuǎn)換速率，是指 ADC 每秒能進行采樣轉(zhuǎn)換的最大次數(shù)，單位是 sps（或 s/s、sa/s，即 samples per second），它與 ADC 完成一次從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換所需要的時間互為倒數(shù)關(guān)系。ADC 的種類比較多，其中積分型的 ADC 轉(zhuǎn)換時間是毫秒級的，屬于低速 ADC；逐次逼近型 ADC 轉(zhuǎn)換時間是微妙級的，屬于中速 ADC；并行/串行的 ADC 的轉(zhuǎn)換時間可達到納秒級，屬于高速 ADC。

ADC 的這幾個主要指標大家先熟悉一下，對于其它的，作為一個入門級別的選手來說，先不著急深入理解。以后使用過程中遇到了，再查找相關(guān)資料深入學習，當前重點是在頭腦中建立一個 ADC 的基本概念。