AD轉換器的主要指標


AD轉換器的主要指標如下:

  (1)分辨率(Resolution)。指數字量變化一個最小量時模擬信號的變化量,定義為滿刻度與2n的比值。分辨率又稱精度,通常以數字信號的位數來表示。定義滿刻度於2^n的比值(n為AD器件位數)。對於5V滿刻度,采用8位的AD時,分辨率為5V/256=0.01953V=19.53mv;當采用12位的AD時,分辨率則為5V/4096=0.00122V=0.122mv。位數越多,分辨率就越高

  (2)轉換速率(ConversioRate)。是指完成一次從模擬轉換到數字的AD轉換所需的時間的倒數。積分型AD的轉換時間是毫秒級屬低速AD,逐次比較型AD是微秒級屬中速AD,全並行/串並行型AD可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念,是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成,采樣速率(Sample Rate)必須小於或等於轉換速率。因此習慣上將轉換速率在數值上等同於采樣速率也是可以接受的。常用單位是Ksps和Msps,表示每秒采樣千/百萬次(Kilo / Million Samples Per Second)。

  (3)量化誤差(QuantizinError)。由於AD的有限分辨率而引起的誤差,即有限分辨率AD的階梯狀轉移特性曲線與無限分辨率AD(理想AD)的轉移特性曲線(直線)之間的最大偏差。通常是1個或半個最小數字量的模擬變化量,表示為1LSB、1/2LSB。

  (4)偏移誤差(Offset Error)。輸人信號為雷時輸出信號不為零的值,可外電位器調至最小

  (5)滿刻度誤差(Full Scale Error)。滿刻度輸出時對應的輸人信號與理想輸人信號值之差。

  (6)線性度(Lineafity)。實際轉換器的轉移函數與理想直線的最大偏移,不包括以上3種誤差。

  AD的其他指標還有絕對精度(Absolute Accuracy)、相對精度(Relative Accuracy)、微分非線性、單調性和無錯碼、總諧波失真(THD,Total Harmonic Distotortion)和積分非線性等。

  對於AD轉換器,選取的標准主要決定於采樣頻率和位數,以及價格、供貨周期、應用情況等其他因數。生產高速AD的主要廠家有AD公司、Maxim公司以及TI公司(也就是BB公司)。這三家公司在高速AD上的產品種類不是很多,根據對各種AD芯片的查閱,選擇TI公司的AD轉換芯片ADS5422

  ADS5422是14bit的最高采樣頻率可達62Msps的高速AD轉換芯片,采用單- 5V電源供電,在采樣頻率為10M時其最大動態范圍為82dB,最高信噪比達到72dB,其數字量輸出可以直接和5V或者3.3V的CMOS芯片連接,模擬量輸入的峰峰值為4V,可以直接輸人0.5~4.5V的模擬量,封裝形式為64腳的扁平四方封裝,目前TI的官方報價為29美元/片(一次購買千片以上的單價)。國內也有該芯片出售,國內價格在300元左右。

  14bit的AD轉換適應信號的范圍為10lg(214)dB=42dB,基本上可以適應各種應用場合。ADS5422的采樣頻率的大小由其輸人時鍾決定,輸入時鍾的范圍可以在16ns~1μs,輸人時鍾為16ns時對應采樣頻率為62MHz,AD可以接受3V或者5V的TTL或者CM0S電平。DSP可以提供該時鍾信號,並且可以軟件設置輸人時鍾的各種特征量,包括時鍾頻率、高電平寬度等,基本上可以滿足AD5422對時鍾信號的要求。這里確定AD的實際采樣頻率為60MHz。這樣,一秒鍾內采樣的數據量為50M個,由於DSP系統無法及時處理這些數據,在數據處理之前,必須將這些數據保存起來,使用ΠFO保存1M個數據,也就是20ms內的采樣數據,1M個數據采集結束開始信號處理。由於高速AD采樣導致信號不穩定,甚至出現錯誤。將設計多層板,加強布線的合理性,從電路板上盡可能去除干擾;其次提高算法的效率,節省計算時間。

  和ADS5422功能接近的其他型號的AD還有AD公司的AD9244。和ADS5422相比,兩者數據位數都是14bit,在信噪比上兩者相近,時鍾輸入和操作方法相近,電源都是5V,輸出數字信號都可以和3.3V的芯片兼容;其主要優點是功耗是ADS5422的一半,500mW;其主要缺點是輸人模擬電壓峰峰值為ADS5422的一半,只有2V。

  AD公司其他的高速AD芯片還有AD6644,為其早期產品,操作方法和ADS5422、AD9244不一樣,AD6644功耗達到1.3W。和AD9244相比,沒有什么優點,AD9244是其替代產品。

  高速AD的另外一個廠家MAXIM公司也有一批高速AD產品,但采樣頻率在40MHz以上沒有14bit數據的AD,其產品優勢主要集中在中速AD上。


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