一些有关ADC的基础知识详解_adc的概念

2023-03-26 19:02:32

 

1.adc基本概念

ADC(Anlog to DigtialConverter, 模数转换器), 用于实现模拟信号向数字信号的转换自然界中的声光电等都是模拟信号,我们这里说的主要是电信号而计算机系统只能处理二进制0和1这种信号,不能直接处理模拟信号,因此需要ADC将模拟信号转换为数字信号,然后进一步处理。

2.adc概述

ADC是模数之间的桥梁

3.adc指的是

如上图是一个典型多路复用数据采集系统,在这个系统中,可使用多个传感器(Sensors)采集信号,并将多个输入通道扫描至单个ADC中ADC对传感器采集的模拟信号进行模数转换,将转换结果数字信号通过串口(常见的一般是SPI、IIC等接口)送给处理器(Processor)使用,这就是一个典型的ADC使用场景。

4.adc的主要类型

当然,在某些情况下,可使用在复用器(Mux)和ADC之间的缓冲器或可编程增益放大器对信号进行预处理,然后交由ADC处理1.2 ADC基础知识主要介绍ADC分类,使用场景及AD转换基本原理1.2.1 分类。

5.adc有哪些

ADC的种类很多,按照不同的分类方法,可分为不同的类型。按照使用场景分,可以分为高速ADC、精密ADC、集成式/特殊用途ADC。

6.adc术语

按转换实现的方法分,有逐次逼近型(SAR)、Σ-Δ型、积分型、压控变换型、流水线型等1.2.2 不同ADC的应用场景逐次逼近型(SAR)、积分型、压控变换型等主要用在中低速、中等精度数据采集中分级型和流水线型主要用于处理高速瞬态信号、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。

7.adc含义

Σ-Δ型ADC主要应用于高精度数据采用的系统,多用于测量领域芯海科技ADC就是此种类型,可用于于体重秤、严控芯片等场景1.2.3 ADC转换的过程ADC采样过程分为4步,即采样、保持、量化和编码。

8.adc的意义

采样,将随时间连续变化的模拟信号转化为在时间t上离散的模拟量,采样需满足采样定理(奈奎斯特定理)保持,模数转换都会消耗一定的时间,为了给后续的量化编码提供一个稳定的值,在采样电路后要求将所采样的模拟信号保持一段时间(模拟上通过电容实现)。

9.adc指的什么

量化,数字信号在时间和幅值上都是离散的,因此采样-保持电路的输出电压,还需按某种近似方程归化到相应的离散电平上,这一转化过程称为量化编码,量化后的数值还需通过编码用一个二进制代码表示出来,经过编码后得到的就是AD转换结果的数字量,二进制编码的位宽等于ADC的位宽。

10.adc都有什么

上图示例是一个3 bit ADC,只舍不入量化方式(量化中把不足一个单位的部分舍弃),量化位数用3 bit来表示连续信号的幅值信号满量程为0~1V,因此最小量化单位Δ=1V/2^3=1/8V量化位数越高,ADC的分辨率越高,量化误差越小。

一般ADC的分辨率使用LSB标识1.2.5 常见基本概念和参数1) 位宽即前一节提到的量化位数,常见的有8bit,10bit,12bit,16bit,24bit比较少见的部分高速ADC有6bit~8bit。

2) 分辨率ADC所能分辨的最小量化信号的能力,最小分辨能力Δ=输入满量程电压/2^N分辨率主要由ADC的位数(输出数字量的位数)决定,也与输入满量程有一定的关系如一个输出满量程为0~5V的ADC、8位的ADC,其最小变化量为5V/2^8,约为19.5mV。

若将ADC的位宽增加为10位,则ADC的最小变化量为5V/2^10,约为4.88mV3) 量化误差Σ在量化过程中由于所采样的电压不一定能被Δ(最小量化单位)整除,所以量化前后存在一定误差,此误差称为量化误差。

量化误差属于原理误差,无法消除,理论上转换器的位数越高,各离散电平之间的差值越小,量化误差就越小4) INLINL (IntergerNonLinear, 积分非线性), 指ADC实际转换曲线与理想曲线在纵轴方向的差值,单位LSB,用于表示实际转换曲线与理想的偏差程度。

5) DNLDNL (DifferentialNonLinear, 微分非线性), 指ADC的实际量化台阶与对应于1LSB的理想值之间的差异理想ADC偏差为0LSB若DNL<1LSB,意味着传输函数具有单调性,没有丢码。

6) SNRSNR (Signal NoiseRatio,信噪比), ADC输出信号功耗和噪声功耗的比值,用dB表示SNR=10*log(P_signal/P_noise),其中信号频谱图中基波分量有效值,噪声=总能量-信号能量和谐波能量。

理想ADC的噪声主要来自量化噪声1.3 SAR型ADC原理SAR(Successive Approximation, 逐次比较型), 包括一个比较器,一个数模转换器、一个逐次逼近寄存器(SAR)和控制逻辑单元。

将输入的模拟信号与已知电压(DAC,数模转换)不断进行比较,一个时钟周期完成一次转换,N位的ADC需要N个时钟周期完成转换,转换完成后输出二进制

从上面描述可以看出,此种ADC有个问题,位宽越宽,转换需要的时钟周期越多,即如果想提高ADC分辨率,会限制采样速率所有此种ADC一般用在低速场景1.4 Σ-Δ型ADC原理Σ-Δ型(Sigma-Delta-Converter, Σ-Δ型模数转换器), 又称为过采样转换器,它采用增量编码方式,根据前一量值与后一量值的差值的大小进行量化和编码。

Σ-Δ型ADC主要由Σ-Δ型调制器和数字滤波器组成调制器主要完成信号抽样和增量编码,给数字滤波器提供增量编码数字滤波器完成对Σ-Δ码的抽取滤波,把增量码转换成高分辨率的线性脉冲码调制的数字信号,因此抽取滤波器实际上相当于一个码型变化器。

Σ-Δ型ADC一般精度可以做到很高,24位ADC中很多是此种类型1.5 关于ADC的验证1.5.1 可能的验证方式从1.3节框图可以看出,ADC分为模拟部分和数字部分因此推测大概有2种方式,一是用veriloga实现模拟部分功能模型,和数字部分一起,验证环境中将整块逻辑作为DUT进行验证;另一种方式是验证只验证数字部分,数字部分验证ok后提供代码给模拟设计工程师,模拟设计使用ams仿真器进行仿真。

1.5.2 数字验证项抛开模拟,只看ADC数字实现部分,主要验证项可能有,CRG、寄存器、接口、功能等小结在仪器仪表系统中,常常需要将检测到的连续变化的模拟量如:温度、压力、流量、速度、光强等转变成离散的数字量,才能输入到计算机中进行处理。

这些模拟量经过传感器转变成电信号(一般为电压信号),经过放大器放大后,就需要经过一定的处理变成数字量实现模拟量到数字量转变的设备通常称为模数转换器(ADC),简称A/D通常情况下,A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。


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