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怎么區(qū)分ADC的分辨率和精度?

分辨率和精度—即Resolution和Accuracy。這是兩個不同的參數(shù),卻經(jīng)常被混用。并且ADC制造商在數(shù)據(jù)手冊中定義ADC性能的方式也令人困惑,可能會讓大家在應(yīng)用開發(fā)中導(dǎo)致錯誤的推斷。但事實上,分辨率并不能代表精確度,反之亦然。

本文提出并解釋了ADC“分辨率“和“精度”所存在的差異問題,希望能對您有所幫助。

 

分辨率和精度

首先帶大家了解一下“分辨率“和“精度”兩者的基本釋義。

1.分辨率

分辨率(Resolution)是指ADC能夠分辨量化的最小信號的能力,用二進(jìn)制位數(shù)表示。

比如:一個10位的ADC,其所能分辨的最小量化電平為參考電平(滿量程)的2的10次方分之一。即分辨率越高,就可以將滿量程里的電平分出更多份數(shù),得到的結(jié)果就越精確,得到的數(shù)字信號再用DAC轉(zhuǎn)換回去后就越接近原來輸入的模擬值。

所以,對于給定的一個具體ADC器件,其分辨率值是固定的。

2.精度

精度(Precision)是指對于給定模擬輸入,實際數(shù)字輸出與理論預(yù)期數(shù)字輸出之間的接近度(誤差值是多少)。換而言之,轉(zhuǎn)換器的精度決定了數(shù)字輸出代碼中有多少個比特表示有關(guān)輸入信號的有用信息。

有些ADC器件的datasheet中,會注明精度值或精度范圍。

對于給定的一個具體ADC器件,其精度值可能會受外界環(huán)境(溫度、干擾等)的影響而變化。

ADC的動態(tài)范圍精確度和分辨率

大家了解了“分辨率“和“精度”兩者的基本釋義后,接下來小智來跟大家講講它們與動態(tài)范圍、噪聲層的關(guān)系等。動態(tài)范圍被定義為系統(tǒng)可測量到的最小和最大信號的比例。

最大信號可為峰間值,零到峰(Zero-to-Peak)值或均方根(RMS)滿量程。其中任何一個都會給出不同值。例如,對于一個1V正弦波來說:峰間(滿量程)值=2V 零到峰值=1V

RMS滿量程=0.707×峰值振幅=0.707×1V=0.707V

最小信號通常為RMS噪聲,這是在未應(yīng)用信號時測量的信號的均方根值。測量得到的RMS噪聲級別將取決于測量時使用的帶寬。每當(dāng)帶寬翻倍,記錄的噪聲將增長1.41或3dB。

因此,一定要注意動態(tài)范圍數(shù)字始終與某個帶寬相關(guān),而后者通常未被指定,這使記錄的值變得沒有意義。 器件的信噪比(SNR)和動態(tài)范圍多數(shù)時候被定義為同一個值,即:動態(tài)范圍 =SNR=RMS滿量程/RMS噪聲 并且經(jīng)常使用dB作為單位,即動態(tài)范圍(dB) = SNR(dB) = 20*Log10 (RMS滿量程/RMS噪聲)

與使用RMS滿量程相反,一些制造商為了使圖表看上去更漂亮,引用零到峰或峰間值,這使得最終的動態(tài)范圍或SNR增加了3dB或9dB,因此我們需要仔細(xì)研究規(guī)范以避免誤解。

ADC分辨率由數(shù)字化輸入信號時所使用的比特數(shù)決定。對于16位器件,總電壓范圍被表示為(216 =65536)個獨(dú)立的數(shù)字值或輸出代碼。因此,系統(tǒng)可以測量的絕對最小電平表示為1比特,或ADC電壓范圍的1/65536。

如前所述,對于16位ADC分辨率,由于出現(xiàn)內(nèi)部或外部誤差源,實際的精確度可能遠(yuǎn)小于分辨率。因此,舉例而言,一個給定的16位ADC可能只能提供12位的精確度。對于這種情況,4LSb(最低有效位)表示ADC中生成的隨機(jī)噪聲。ADC動態(tài)范圍和ADC精確度通常指相同的內(nèi)容。

理想ADC生成一個數(shù)字輸出代碼,是關(guān)于模擬信號電壓和電壓參考輸入的方程,其中

輸出代碼 = 滿量程電壓 × [VIN+ - VIN-] / [VREF+ - VREF-]

               = 滿量程電壓 × [VIN /VREF]

每個數(shù)字輸出代碼表示參考電壓的一個小數(shù)值。

必須注意,ADC動態(tài)范圍應(yīng)當(dāng)匹配將要轉(zhuǎn)換的信號的最大振幅,這樣才能使ADC轉(zhuǎn)換精度最大化?,F(xiàn)在假設(shè)將要轉(zhuǎn)換的信號在0V到2.5V間變化,而VREF等于3.3V。

16位ADC將包括216 = 65536個步驟或轉(zhuǎn)換,且最低有效位(LSB)=VREF/65536=3.3V/65536=50.35uV。對于理想的ADC,所有代碼都具有1LSB的相同寬度。

如果ADC的最大信號值為2.5V,那么意味著總共有49652次轉(zhuǎn)換(2.5V/1LSB)。對于這種情況,將有15884次轉(zhuǎn)換未被使用(65536-49652=15884)。這反應(yīng)了轉(zhuǎn)換后的信號精確度損失或ENOB(有效位數(shù))損失(損失0.4位)。如果ADC參考(VREF)和ADC最大信號電平之間的差異增加,那么ENOB損失或精確度損失將加劇。例如,如果ADC最大信號電平為1.2V且VREF=3.3V,那么ENOB損失將為1.5位。因此ADC動態(tài)范圍一定要匹配最大信號振幅,以獲得最高精確度。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)宣稱具有“n”位分辨率,這常常被誤解為精確度。分辨率和精確度完全是兩個概念,兩者不能混用。應(yīng)該由具體的應(yīng)用來確定是否允許丟失代碼以及所需ADC精確度。

總結(jié)

分辨率和精度,不要拿在一起混為一談,其中“精度”是用來描述物理量的準(zhǔn)確程度的,而“分辨率”是用來描述刻度劃分的。

其實,對于ADC來說,這兩樣都是非常重要的參數(shù),往往也決定了芯片價格,顯然,我們都清楚同一個系列,16位AD一般比12位AD價格貴,但同樣是12位AD,不同廠商間又以什么參數(shù)區(qū)分性能呢?性能往往決定價格,那么什么參數(shù)對價格影響較大呢?此時就要用精度來衡量。

引用一個別人的比喻:有這么一把常見的塑料尺,它的量程是10厘米,上面有100個刻度,最小能讀出1毫米的有效值。那么我們就說這把尺子的分辨率是1毫米,或者量程的1%;而它的實際精度就不得而知了(假設(shè)是0.1毫米)。

當(dāng)我們用火來烤一下它,并且把它拉長一段,然后再考察一下它。我們不難發(fā)現(xiàn),它還有100個刻度,它的“分辨率”還是1毫米,跟原來一樣!然而,您還會認(rèn)為它的精度還是原來的0.1毫米么?

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魯珀特
LV.4
2
2022-05-20 11:59

分辨率其實是內(nèi)部硬指標(biāo),但精度卻是受到影響比較大,也不太好把握。

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tanb006
LV.10
3
2022-05-22 22:10

確實,ADC的位數(shù)只能決定分辨率。對精度來說,就取決于內(nèi)部或外部的電壓基準(zhǔn)了。

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lkings
LV.6
4
2022-05-25 15:15

adc采樣精度要誤差小才不會出問題。還得不受溫度變化影響

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XHH9062
LV.9
5
2022-05-27 11:15

分辨率跟精度還是兩個不同的知識點(diǎn),精度會根據(jù)環(huán)境的不同,有所改變

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2022-05-28 11:18

“精度”是用來描述物理量的準(zhǔn)確程度的,而“分辨率”是用來描述刻度劃分的

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2022-05-28 14:56

對于16位ADC分辨率,由于出現(xiàn)內(nèi)部或外部誤差源,實際的精確度可能遠(yuǎn)小于分辨率。因此,舉例而言,一個給定的16位ADC可能只能提供12位的精確度。

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米修兒
LV.4
8
2022-05-28 16:47

分辨率和精度,不要拿在一起混為一談,其中“精度”是用來描述物理量的準(zhǔn)確程度的,而“分辨率”是用來描述刻度劃分的。學(xué)習(xí)了

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天晴朗
LV.6
9
2022-05-28 21:38

分辨率并不能代表精確度,容易混淆

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小燕紙
LV.5
10
2022-05-28 23:36

分辨率和精度,這是兩個不同的參數(shù)

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2022-05-29 21:50

分辨率好理解,精度要仔細(xì)想一想

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2022-05-29 22:00
@快樂的小天使
“精度”是用來描述物理量的準(zhǔn)確程度的,而“分辨率”是用來描述刻度劃分的

這個描述一語中的,精度就是用來描述測量精確等級,分辨率就是描述刻度的大小,這么說理解起來就很直觀了

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JacobL
LV.4
13
2022-05-31 11:31

那怎么才能測試精準(zhǔn)呢

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2022-05-31 20:28

一旦選定方案,分辨率就是客觀固定的了,但是精度卻是可以人為干預(yù)的。

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svs101
LV.8
15
2022-06-01 16:31

樓主是不是發(fā)錯版塊了,這個分辨率有內(nèi)部的轉(zhuǎn)換硬件決定的,查手冊就行

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cmdz002
LV.5
16
2022-06-19 11:51

分辨率越高,就可以將滿量程里的電平分出更多份數(shù),得到的結(jié)果就越精確,得到的數(shù)字信號再用DAC轉(zhuǎn)換回去后就越接近原來輸入的模擬值

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天晴朗
LV.6
17
2022-06-27 23:41

ADC動態(tài)范圍和ADC精確度通常指相同的內(nèi)容

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Fourier
LV.1
18
2022-07-26 20:23

精度不是單單通過位數(shù)就可以提高上去的

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dy-mb2U9pBf
LV.8
19
2022-08-17 19:40

學(xué)習(xí)了,以前這兩個指標(biāo)經(jīng)常混淆,今天算是明白了

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hanyu56
LV.1
20
2022-09-27 23:24

分辨率只是尺子(ADC)的刻度,到底能實現(xiàn)多高的精度還和其他因素有關(guān)。

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dy-Caxv9khz
LV.2
21
2022-10-21 10:55

科普了,夠詳細(xì),

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方笑塵MK
LV.8
22
2022-11-19 13:25

分辨率一般是廠家生產(chǎn)工藝決定了,但是精度隨著外界環(huán)境會有一定變化。一般來說,規(guī)格書上的精度甌都市理想條件下測量的,實際肯定誤差更大

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紫蝶
LV.9
23
2023-02-20 10:25

樓主問下對于模擬信號的噪聲指標(biāo)怎么可以用精度的概念來描述嗎》?

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