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关于ADC芯片的选型

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发表于 2022-11-23 10:11 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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关于ADC芯片的选型,还是其他芯片的选型,那都不是随随便便就说了算得。
* Y2 ~& s: f4 C2 a3 ]) q关于选型,各大厂家也给出了系列芯片的选型手册,但是手册中那么多芯片型号和参数,哪些参数是要关注的,怎么快速地选择符合我们项目用到的芯片呢。
1 `( j, e: j, z, g9 HADC芯片成本参差不齐,选的好直接起飞,选的不好,直接破产。我拿ADC芯片举个例子,大家举一反三吧。4 Y# d+ W7 G+ s: [4 Y, m% u' p* J7 {
6 J! h  k0 w* R, R& p5 E* D' }& B
1.模拟量输入范围
2 z  L2 z& p: s3 q3 y; |按照我的经验啊,一般需求过来的时候,模拟量的采集,输入范围一定是刚需,不可忽略的。所以首先肯定先确认模拟量的输入范围,如果是0~3V的,ADC芯片都不用了,这样一下就省下了好几个mcu的成本。如果是05 T. L& P# O. t/ x' u
~5V的模拟量,可以经过电阻网络分压到MCU,或者有的MCU的AD口直接可以接受0 ~5V的模拟量,或者用ADC芯片转化,这时候成本一下就上去了。能不用ADC芯片就不要用;如果输入电压是±5V之间,那没办法,选个合适的ADC芯片吧,±10V的情况也一样。
4 M  v8 C7 z9 @+ l3 [& N2 A绝对是刚需,之所以把这个需求放在最前面就是说一旦选了片子,如果出错是不可挽回的。
, d* Q" N9 D+ R1 Z1 u: H1 F9 G; f6 D0 s& P
以AD7606举例:
* J- s' }4 G4 y9 |* v- G- e
0 \) v# M% Y/ e. W
: O2 c8 n& b7 C5 q7 h: t2.采样率
4 N& M. y5 ~2 |$ B$ }首先要搞明白什么是采样率。- D+ B: K& \* T0 H; f
采样率指ADC每秒钟会进行多少次的模拟量转数字量的操作,如10K/s就是说ADC每秒钟,就采集了10K个模拟量,并将模拟量转换为数字量。当采样声时,一般的采样率是44Kbps/s,当采样温度时,几K/s的采样率就够了。% z  y+ g, c2 C0 S5 G' Z, c& P( c
学过通信原理的大家应该都知道采样定理。( R8 E' s) f5 K
在进行模拟/数字信号的转换过程中,当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>2fmax),采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的2.56~4倍;采样定理又称奈奎斯特定理。
" H6 m' G* U) z; }5 i就是说你采集50K的信号,采样频率最起码大于2.56*50K。' d7 m8 {: d3 X
5 ]7 Q7 P0 T& x5 m; ^9 T* n# Z
以AD7606举例:
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6 j& U" {* R' K/ P. o- |& J  T) O/ O+ Y
) g  @2 l$ N7 T7 @+ e; V5 L所以说这个参数也是刚需,如果选不对,也是完全没法弥补,就相当于是一块金子焊在电路板上,既心疼还没啥用。) H+ K" e: d; S: u
) G7 q2 F9 }) s) f6 }3 \7 `
3.通道数
3 M/ M; E0 S9 |7 B  ?4 W通道数同样值得关注,不会造成损失,但是肯定在功能上有欠缺了,同样应该被首先考虑进去的,不仅要考虑通道数,有实力一点还要考虑是独立通道还是差分通道,如果是多个通道,是同步采样吗,如果是差分通道,可以互换吗,另一通道可以接地吗,这些都是在选择通道时候需要考虑的问题,具体问题具体考虑,这里只为大家提供思路。
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同样以AD7606举例。
. k% Y% D* N% T6 E3 `. h$ O . Z# h" q: Z  `9 h1 E0 o/ x& l5 I
4 n9 }7 U' q7 d& S. g
8 u/ I# q+ n+ x9 Z2 p1 c
4.分辨率
" E" y9 K4 m5 x
" K$ H) A! A4 T3 V; UADC的分辨率指的是模数转换器所能表示的最大数是多少,即ADC的位数,如果ADC是10位ADC,那么分辨率是2的10次方,即1024的分辨率,如果模拟量是温度,测量范围是0~100度,那么可以把100度分成1024份,每一份你都能感知,当温度有100/1024度的变化时,能测量出来。9 F. h; v8 [6 t" e" F2 e
通俗一点就是精度,肯定是位数越高采样的精度越精确。但是并不是选型的时候精度越高越好,越高的精度代表着成本越高,根据项目实际需要,选择合适成本的精度。7 C* m( k1 U% ^4 v5 T/ Q2 r
一般把8位以下的A/D转换器称为低分辨率ADC,9~12位称为中分辨率ADC,13位以上为高分辨率。A/D器件的位数越高,分辨率越高,量化误差越小,能达到的精度越高。" f6 i5 K' ^% |4 g4 V* \3 @% y

, V" g5 _- B7 y- g( E: x5 H量化误差 (Quantizing Error) 由于AD的有限分辩率而引起的误差,即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD(理想AD)的转移特性曲线(直线)之间的最大偏差。通常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量,表示为1LSB、1/2LSB。" t9 O! Z( v( r
在转化过程中,由于存在量化误差和系统误差,精度会有所损失。其中量化误差对于精度的影响是可计算的,它主要决定于A/D转换器件的位数。) |& t: W; m' h
, V4 e* Q; P( t5 E
4 \& |4 \0 w5 s  }
5.接口类型
& G# c/ G. r) |  u! c$ i. h7 H, H/ ~! {) P( u' A' B9 [# q* h5 }
接口类型同样是选型的时候需要关注的问题,接口类型有三种,串口,并口、高速并口。串口一般是SPI的。8 o; x5 Z) P  [' A4 @- W! y

" w" S! K$ O3 |* E; c5 y+ J# {* n那么如何选择呢,并口软件开发简单,软件开发成本小一些,但是占IO口多,占用大量MCU资源,所以在IO资源紧缺的情况下尽量避免选择并口的ADC芯片;% `# m  C! s  K' Q9 x; D5 ^
串口开发成本高一点,但是占用IO资源少,IO资源不足的情况下,可以考虑选择串口通讯的ADC芯片。+ n) _! c) o4 s6 l0 F4 P+ B
现在市面上大多部分ADC芯片串口和并口的通讯方式都集成了,那可以根据项目实际的需求选择合适的通信方式。) J. [0 ^  u/ k6 N7 w
, ?# a0 _; |4 m4 N" n
% s8 K' j7 C  m5 x
6.结构,信噪比,封装
  ?/ X4 V/ m8 c% W% q4 h* p) n剩下的就是一些不影响功能的性能参数了,讲究点,追求发挥ADC芯片极致的工程师们可以关注一下这些参数,可能用在不同的场所,关注的参数也会有所不同。毕竟花了那么多钱,干嘛不用。& a) U$ H/ }' b7 O

. B9 k: t) W+ ?- c0 M大体上总结这么几点,按照我的经验划分出来的优先级顺序,如果不对,请大家指正,一起讨论进步学习。* @3 s& G% B1 _0 K* h

& S( Q1 I& U/ T$ ^$ s如果是要考虑芯片迭代甚至是国产和进口芯片的替代,那这可要下了功夫了,只要是围绕上面的6点,基本上就可以少看好多数据手册。
6 h) K# P9 I# d: t( q$ R1 f' B; t$ f  |1 V( a. @5 }

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发表于 2022-11-23 11:07 | 只看该作者
总的原则是 ADC 的性价比,性能往往和价格成正比。ADC 的性能,主要考虑 ADC的速度和精度。

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发表于 2022-11-23 13:24 | 只看该作者
ADC 的速度应根据输入信号的最高频率 fm 来确定,要保证 ADC 的采样频率 fs 和 fm间满足采样定理,即fs≥2fm

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发表于 2022-11-23 13:41 | 只看该作者
ADC 的精度与系统中所测量、控制的信号范围有关,但估算时要考虑到其它因素,转换器位数应该比总精度要求的最低分辩率高一至两位。
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