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高分辨率模數(shù)�(zhuǎn)換器
閱讀�5524�(shí)間:2011-01-13 09:16:46

  �分辨�模數(shù)�(zhuǎn)換器�(duì)極寬�(dòng)�(tài)范圍�(nèi)的輸入信�(hào)�(jìn)行數(shù)字化處理,例如環(huán)境聲壓計(jì)要能�60�80dB范圍�(nèi)檢測(cè)信號(hào)。如果使用相�(duì)低分辨率�ADC,如10位有效分辨率,高電平信號(hào)的分辨率可能接近10�。然而,�(duì)于低電平信號(hào),如果小于滿量程�10%,其有效分辨率可能不超過(guò)6�7�。因此在很多情況�,對(duì)于精度只�1%�傳感��(lái)�(shuō),等效精度為0.1%�10位分辨率足夠�。然而,�(duì)于更低電平信�(hào),有效分辨率可能小于1%�

�(shè)�(jì)�(wèn)題解�

  在相�(duì)較低分辨率ADC之前連接可編程增益放大器(PGA)�

  將輸入信�(hào)加在ADC之前連接的緩沖放大器�

  使用高分辨率ADC�

PGA�

  歷史�,PGA方法曾經(jīng)非常流行,因?yàn)榕c較低成本ADC配對(duì)使用�(shí),它比高分辨率ADC更具成本�(yōu)�(shì)。此方法特別適用于輸入信�(hào)接近0V但具有較寬動(dòng)�(tài)范圍的情��

圖例

  這類似于�(guò)程控制系�(tǒng),需要監(jiān)控具有不同信�(hào)范圍的各種傳感器信號(hào),例如聲壓計(jì)。如果對(duì)較寬�(dòng)�(tài)范圍的信�(hào)�(jìn)行增益范圍調(diào)�,所�(chǎn)生的最�(guān)鍵誤差是“交越不匹配��

  這意味著�(dāng)PGA切換到不同的增益值時(shí),數(shù)字輸出可能在那�(gè)�(diǎn)�(fā)生上下跳�。因此,在每一�(jí)都必須小心匹配增益來(lái)降低這種影響。從不同信號(hào)源中�(fù)用信�(hào)�(shí),這�(gè)�(wèn)題并不重�。然�,這與系統(tǒng)是否針對(duì)每�(gè)信號(hào)�(shè)�(jì)固定增益有關(guān),如�2所�,或者對(duì)于較寬范圍信�(hào)輸入�(jìn)行動(dòng)�(tài)增益切換�

  增益范圍�(diào)整方法會(huì)�(chǎn)生以下問(wèn)題:

  雖然可驅(qū)�(dòng)一�(gè)12位ADC,但如果在其前放置一�(gè)增益�27 = 128的放大器,則放大器的有效輸入噪聲和失�(diào)電壓精度必須�18�。對(duì)于采用固定增益運(yùn)算放大器,這會(huì)有問(wèn)題,而采用PGA切換�(shí),問(wèn)題可能還�(huì)更嚴(yán)�。這樣,將精度要求從ADC�(zhuǎn)移到PGA,卻�(méi)有帶�(lái)任何好處�

圖例

  在�(jìn)行增益切換時(shí),必須先�(duì)信號(hào)有所了解。可使用ADC的超量程輸出,并配合軟件,或者通過(guò)比較器來(lái)�(shí)�(xiàn)這一�(diǎn)。這�(gè)�(guò)程很麻煩,而且切換�(shí)間也�(huì)是�(gè)�(wèn)�。(也許您還記得古老的增益范圍�(diào)整DVM,在改變范圍�(shí)它的速度有多�?。┛梢詫?duì)增益�128的精密低噪聲�(yùn)算放大器�(jìn)行簡(jiǎn)單的分析:計(jì)算有效輸出噪聲和失調(diào)電壓,并與低分辨率ADC的有效位(LSB)�(jìn)行比�。然�,在高增益模式下,運(yùn)算放大器的線性度�(huì)是�(gè)�(wèn)��

單�(gè)高分辨率ADC

  單�(gè)高分辨率ADC的優(yōu)�(diǎn)是簡(jiǎn)單(�(jiàn)�3�。如果使�16位ADC,對(duì)于較小動(dòng)�(tài)范圍的信�(hào),丟�3�4�5位會(huì)使該信號(hào)的有效分辨率降至11�14�。然�,對(duì)于大多數(shù)傳感器來(lái)�(shuō)此精度足夠了,因?yàn)锳DC的精度相�(dāng)�0.05%或更��

  由于這些器件的價(jià)格最近已降到5美元或更�,因此成本將不再是需要考慮的因�。如果需要更高的有效分辨�,或者需要適�(yīng)更寬的動(dòng)�(tài)范圍,可以使�18�24位的ADC,仍然能提供性價(jià)比較高也更簡(jiǎn)單的系統(tǒng)�

圖例

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