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發(fā)布時間:2021-07-24 09:05  






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量化與編碼

數(shù)字信號不僅在時間上是離散的,而且在幅值上也是不連續(xù)的。任何一個數(shù)字量的大小只能是某個規(guī)定的小數(shù)量單位的整數(shù)倍。為將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,在A/D轉(zhuǎn)換過程中,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)化過程稱為數(shù)值量化,簡稱量化。其主要缺點是輸人模擬電壓峰峰值為ads5422的一半,只有2v。量化后的數(shù)值后還需通過編碼過程用一個代碼表示出來。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。

量化過程中所取小數(shù)量單位稱為量化單位,用△表示。它是數(shù)字信號低位為1時所對應(yīng)的模擬量,即1LSB。

在量化過程中,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,此誤差稱之為量化誤差,用ε表示。量化誤差屬原理誤差,它是無法消除的。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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舉個簡單的例子,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,如果一個電壓為3.359V,8位芯片轉(zhuǎn)出來后的數(shù)值是3.35V,12位芯片轉(zhuǎn)換出來后是3.359V,精度比8位就高一個檔次了。這個跟隨器到底是不是需要,要在了解跟隨器作用的基礎(chǔ)上,針對自己的電路特點而定。(注:這里數(shù)值不是正確的數(shù)值,舉例用,切勿實際使用)



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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,假設(shè)該電壓為5V,則對3V 輸入電壓的測量結(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)字量變化一個很小量時模擬信號的變化量,定義為滿刻度與2n的比值。實際上典型電源電壓的誤差一般在2~3%,其變化對A/D 的輸出影響是很大的。



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積分非線性表示了ADC器件在所有的數(shù)值點上對應(yīng)的模擬值和真實值之間誤差的那一點的誤差值,也就是輸出數(shù)值偏離線的距離。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,用兩次比較實行轉(zhuǎn)換,所以稱為Halfflash(半快速)型。例如,一個12bit的ADC,INL值為1LSB,那么,對應(yīng)基準(zhǔn)4.095V,測某電壓得到的轉(zhuǎn)換結(jié)果是1.000V,那么,真實電壓值可能分布在0.999V到1.001V之間。



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