观电路-adc与系统(2)

xutong · 发表于 2022-10-27 08:18

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观电路-ADC与系统（2）

Full scale error 满量程误差

满量程误差指的是当ADC读取的最大值和理想最大值的差距，比如说12bits（参考为4.095V）的ADC转换了一个4095 LSB的值时候，理想的话此时的输入电压应该就是4.095V，但是由于ADC的输入offset的存在，和Gain error的存在,就产生了full scale error，说到底还是理想直线和实际直线的偏差。Gain error和offset error参考观电路-csa与系统。

DNL微分非线形

若是我们将ADC的每个LSB跳变电压点画出来在连上线我们会发现，这个线并不是绝对直的直线，就算我们校准其offset以及校准其Gain error，将其往理想直线上挪，我们也会发现其跳变电压点和理想跳变电压点的偏差，DNL定义了理想跳变点与实际跳变点的最大差值。

比如说，当输入电压往上加1LSB，但是ADC没有任何反应，当输入电压加到1.5LSB时候ADC的输出Code才发生变化，这时候我们可以说DNL为+0.5LSB，同理，当输入电压往上加到0.5LSB其输出Code就发生改变我们可以说他的DNL为-0.5LSB，一个好记的方法就是多出来电压才变的是+LSB，欠电压就变的是-LSB。

INL积分非线形

Integral non-linearity积分非线形就是DNL的合集，它所代表的是理想和实际的最大垂直差值，比如说当在001到100的这个output code range里时DNL都是负值，当我输入一电压使其达到011，这时我的ADC实际输出code是高于理想输出code的，在ADC的整个范围内去寻找理想曲线和实际曲线的区别，找到垂直误差最大的点就是ADC的INL最大值使用LSB来表示。若是实际输出Code高于理想输出Code此时INL为+的，若是实际输出Code低于理想输出Code则INL为-的。

图1:INL曲线

有点像你给酒缸里面灌水，理想状况下可能是一勺子水液位升1cm，但实际上酒缸的桶不太规则，在开始时候酒缸的DNL为负的，但到了酒缸最中间的位置他的DNL为正的。最终我们根据给酒缸灌水液位上升曲线和一勺1cm液位上升曲线找出他的INL，实际上和酒缸的外形有关系。

图2:酒缸

那么非线形如何影响我们的实际系统呢？

比如说你的采样精度要达到1/10000，你使用的是16bit的ADC他的INL为10LSB，也就是说在校准掉Gain error和offset error后理想采样LSB和实际采样LSB差10LSB，也就代表理想和实际可能最大会差10LSB，所以就算你选了16bit的ADC你的INL差，你的最终输出结果精度也是到不了1/10000的。主要和你的设计精度有关。

图3:ADX122 INL积分非线性

在这里看到ADX122的INL的最大值是12LSB，但是它的分辨率有20bit所以他的最大的Code是1048576，直接将这个Code除12得87381，还是远远高于1/10000的精度，注意：这里忽略了其他参数。

Sample Rate 采样率

一般ADC的采样率用SPS表示，SPS 全拼是 sample per second 每秒采样。那我们如何去看ADC的SPS是多少？

在芯片手册的第一页我们一般能看到芯片的SPS是多少，以ADX122举例如图4所示

图4:ADX122的SPS

那我们又怎么去测量ADX122的SPS呢？通过读取ADX122的寄存器我们可以看到ADX122的SPS是多档位可以配置的。

图5:ADX122 SPS的档位

当我们配置不同的data rate 时候他的SPS是不同的，其他ADC也有类似的选项。当我们设置好ADX122的时候我们触发ADX122的DRDY信号就好，等数据准备好DRDY会变低，不同的芯片可能不同。这里仅参考ADX122的手册。

图6:ADX122 DRDY引脚描述

所以我们只需要触发DRDY的翻转间隔我们就知道当前的SPS为多少，因为DRDY在ADX122里是与DOUT共用，所以在读取间隔时候需要注意⚠️。

图7:蓝色的为DRDY的间隔

图7约间隔3mS一次，根据手册可以得出结论大概是316SPS。

参考文档

Microchip—understanding adc parameter

Analogysemi—ADX122 datashet

lugl4313820

Full scale error 满量程误差，一直想做微电源的测量，一直没有做好。

xutong

lugl4313820 发表于 2022-10-7 14:12 Full scale error 满量程误差，一直想做微电源的测量，一直没有做好。

adc 位数选高点，基准也很关键，还有线性度要好

lugl4313820

xutong 发表于 2022-10-8 09:59 adc 位数选高点，基准也很关键，还有线性度要好

16位以上的ADC就很贵。24位的更加，还有就是采样率有怎么选择，位数越高，采样率就相比12位的少了很多。

xutong

lugl4313820 发表于 2022-10-8 11:49 16位以上的ADC就很贵。24位的更加，还有就是采样率有怎么选择，位数越高，采样率就相比12位的少了很多。 ...

电源测量一般采样率要求不高，sd adc不贵一般，可以看下adx122 是20位的adc 里面带pga

xutong

lugl4313820 发表于 2022-10-8 11:49 16位以上的ADC就很贵。24位的更加，还有就是采样率有怎么选择，位数越高，采样率就相比12位的少了很多。 ...

手册如上

lugl4313820

xutong 发表于 2022-10-8 17:52 手册如上

非常感谢您的指导，以后还得您多多指导，感谢感谢呀！

xutong

lugl4313820 发表于 2022-10-9 09:29 非常感谢您的指导，以后还得您多多指导，感谢感谢呀！

客气了客气了，交流而已

hustjtj0806 · 发表于2022-10-27 08:18

高精度12位以上时还需要考虑模拟电路的精度能否达到，噪声是不是太大，动态测试时失真是否过大

xutong · 发表于2022-10-27 09:31

hustjtj0806 发表于 2022-10-27 08:18 高精度12位以上时还需要考虑模拟电路的精度能否达到，噪声是不是太大，动态测试时失真是否过大

感谢补充