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發(fā)布時(shí)間:2021-07-24 09:05  






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量化與編碼

數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的,而且在幅值上也是不連續(xù)的。任何一個(gè)數(shù)字量的大小只能是某個(gè)規(guī)定的小數(shù)量單位的整數(shù)倍。為將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中,還必須將取樣-保持電路的輸出電壓,按某種近似方式歸化到相應(yīng)的離散電平上,這一轉(zhuǎn)化過(guò)程稱(chēng)為數(shù)值量化,簡(jiǎn)稱(chēng)量化。其主要缺點(diǎn)是輸人模擬電壓峰峰值為ads5422的一半,只有2v。量化后的數(shù)值后還需通過(guò)編碼過(guò)程用一個(gè)代碼表示出來(lái)。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。

量化過(guò)程中所取小數(shù)量單位稱(chēng)為量化單位,用△表示。它是數(shù)字信號(hào)低位為1時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量,即1LSB。

在量化過(guò)程中,由于取樣電壓不一定能被△整除,所以量化前后不可避免地存在誤差,此誤差稱(chēng)之為量化誤差,用ε表示。量化誤差屬原理誤差,它是無(wú)法消除的。A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多,各離散電平之間的差值越小,量化誤差越小。



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舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,8位芯片只能轉(zhuǎn)換很小到0.01V的電壓,而12位的芯片卻能轉(zhuǎn)換小到0.001V的電壓,如果一個(gè)電壓為3.359V,8位芯片轉(zhuǎn)出來(lái)后的數(shù)值是3.35V,12位芯片轉(zhuǎn)換出來(lái)后是3.359V,精度比8位就高一個(gè)檔次了。這個(gè)跟隨器到底是不是需要,要在了解跟隨器作用的基礎(chǔ)上,針對(duì)自己的電路特點(diǎn)而定。(注:這里數(shù)值不是正確的數(shù)值,舉例用,切勿實(shí)際使用)



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現(xiàn)在很多MCU 都內(nèi)置A/D,即可以使用電源電壓作為其基準(zhǔn)電壓,也可以使用外部基準(zhǔn)電壓。如果將電源電壓作為基準(zhǔn)電壓使用的話(huà),假設(shè)該電壓為5V,則對(duì)3V 輸入電壓的測(cè)量結(jié)果為:(輸入電壓/基準(zhǔn)電壓)×255=(3/5)×255=99H。顯然,如果電源電壓升高1%,則輸出值為(3/5.05)×255=97H。分辯率(Resolution)指數(shù)字量變化一個(gè)很小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量,定義為滿(mǎn)刻度與2n的比值。實(shí)際上典型電源電壓的誤差一般在2~3%,其變化對(duì)A/D 的輸出影響是很大的。



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積分非線(xiàn)性表示了ADC器件在所有的數(shù)值點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的模擬值和真實(shí)值之間誤差的那一點(diǎn)的誤差值,也就是輸出數(shù)值偏離線(xiàn)的距離。單位是LSB。串并行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間,最典型的是由2個(gè)n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成,用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換,所以稱(chēng)為Halfflash(半快速)型。例如,一個(gè)12bit的ADC,INL值為1LSB,那么,對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)4.095V,測(cè)某電壓得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果是1.000V,那么,真實(shí)電壓值可能分布在0.999V到1.001V之間。



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