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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。
3 U9 p" y* ~% }6 P% r- B  A5 t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。
" u8 D) ?. ?  {! 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。3 r/ ]# j- m% \( n( [# \

4 p& V! S6 |4 t1.模拟量输入范围
& n* z9 G8 w! u. [1 p  Z( o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0
& {; E5 @8 p  \, R4 K~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。
% }' l# {' [& Z- J- T0 g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。" ^$ e: _1 m, _1 B/ y% E
& F3 _  I" r. Y) S- e" m) a6 `) n3 p
以AD7606举例:
3 Z7 Z& m+ M8 H, B0 \+ o! ^ " n" K* e% W% w( D. y* q

4 n$ s6 H9 ?* K2.采样率8 d! j) S) C" |  z8 a4 f8 Q7 ~0 I, X
首先要搞明白什么是采样率。
5 R2 F) F/ B: c/ j- c7 p, R$ Z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。" L$ [7 \& M" r' Y5 t
学过通信原理的大家应该都知道采样定理。3 Y( w% f% B( C7 O( z- ^# r8 }- y7 g5 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。
$ \  E5 `5 @2 n' i4 d& H5 S& l就是说你采集50K的信号,采样频率最起码大于2.56*50K。
& C# a2 v: V  p' G* E
' B1 A* h8 \3 n- V& H# \以AD7606举例:* P% w3 l$ d- t8 d% a
  U1 T& q/ B1 G# f

0 H, @  G3 k' Z% c4 L0 \1 b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。
1 v6 W  n( J' I" d6 ]% P5 d# j6 x' p9 P9 I8 N4 X) O
3.通道数
) e) A! t3 @5 {. `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。" r3 u: Q+ K6 o' p

5 I8 l; v+ m1 q$ V同样以AD7606举例。9 ~9 K! z/ g0 K8 f0 U2 s, X. Y' M8 q
' d+ l# u# n7 ^& ]

2 d6 p' m  \) q+ B( b, u1 F* l$ E
* h4 \1 r/ g8 x- X" l2 C2 z0 U4.分辨率% K- N( E7 P/ t0 o
1 V- T" M# g4 J1 O2 j  g% y5 H
ADC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。
$ K5 q% Y3 O0 W+ q: }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。& k5 m! s, E- a7 B4 F: }$ T& z# s
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。0 N$ q2 N) J. S3 g& h, c

7 {! T( \9 a* t. z" ~+ E. K. }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。
$ `/ V) h6 ^* h# w+ X$ o0 L6 z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。( R1 P: d& Y' W; W3 p8 D) F) u
# {0 w3 L! v, \

. }( k* `8 b/ j  e5.接口类型
+ {0 s6 @  G$ @8 o9 z. v% j
0 T( z' u% C0 m3 M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。
1 N1 ~8 R6 K  u% @7 W+ g
/ H' V  U0 i$ Y( c6 @% y4 }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;
, F/ {; \( p0 E9 ~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。
. T/ ~4 b4 K/ v5 `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。8 h+ Q4 e; w: W/ h% k- `

6 r, C( H  |" P8 Y3 r2 Q* B! ~0 |: d2 f$ P, y7 v& d3 G6 b# _" f: ~
6.结构,信噪比,封装
- k; q4 ?3 p" p# t% L/ f! L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。0 V  v8 c; [& \% o& U( \. z5 S

& V' f6 Q" j* W$ u; l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。
: [  K( e" Z  r$ r4 Z: ^3 P
) T9 Z' ~3 }  E5 p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。
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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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