在與使用模數轉換器 (ADC) 的系統(tǒng)設計人員進行交談時，我最常聽到的一個問題就是：“你的16位ADC的精度也是16位的嗎？”

 

這個問題的答案取決于對分辨率和精度概念的基本理解。盡管是兩個完全不同的概念，這兩個數據項經常被搞混和交換使用。

 

該文詳述了這兩個概念間的差異，并將深入研究造成ADC不準確的主要原因。

 

ADC的分辨率被定義為輸入信號值的最小變化，這個最小數值變化會改變數字輸出值的一個數值。對于一個理想ADC來說，傳遞函數是一個步寬等于分辨率的階梯。然而，在具有較高分辨率的系統(tǒng)中（≥16位），傳輸函數的響應將相對于理想響應有一個較大的偏離。這是因為ADC以及驅動器電路導致的噪聲會降低ADC的分辨率。

 

此外，如果DC電壓被施加到理想ADC的輸入上并且執(zhí)行多個轉換的話，數字輸出應該始終為同樣的代碼（由圖1中的黑點表示）。現(xiàn)實中，根據總體系統(tǒng)噪聲（也就是包括電壓基準和驅動器電路），輸出代碼被分布在多個代碼上（由下面的一團紅點表示）。系統(tǒng)中的噪聲越多，數據點的集合就越寬，反之亦然。圖1中顯示的是一個中量程DC輸入的示例。ADC傳遞函數上輸出點的集合通常被表現(xiàn)為ADC數據表中的DC柱狀圖。

圖1：ADC傳遞曲線上ADC分辨率和有效分辨率的圖示

 

圖1中的圖表提出了一個有意思的問題。如果同樣的模擬輸入會導致多個數字輸出，那么對于ADC分辨率的定義仍然有效嗎？是的，前提是我們只考慮ADC的量化噪聲。然而，當我們將信號鏈中所有的噪聲和失真計算在內時，正如等式 (1) 中所顯示的那樣，ADC的有效無噪聲分辨率取決于輸出代碼分布 (NPP)。

下面，考慮一下圖1中的輸出代碼簇（紅點）不是位于理想輸出代碼的中央，而是位于遠離黑點的ADC傳遞曲線上的其他位置（如圖2中所示）。這個距離是指示出采集系統(tǒng)精度。不但ADC，還有前端驅動電路、基準和基準緩沖器都會影響到總體系統(tǒng)精度。

圖2：ADC傳遞曲線的精度圖示

 

需要注意的重要一點是ADC精度和分辨率是兩個也許不相等的不同參數。從系統(tǒng)設計角度講，精度確定了系統(tǒng)的總體誤差預算，而系統(tǒng)軟件算法完整性、控制和監(jiān)視功能取決于分辨率。