過采樣頻率: 增加一位分辨率或每減小6dB 的噪聲，需要以4 倍的采樣頻率fs 進行過采樣.

假設一個系統(tǒng)使用12 位的ADC，每秒輸出一個溫度值(1Hz)，為了將測量分辨率增加到16 位，按下式計算過采樣頻率： fos=4^4*1(Hz)=256(Hz)。

1. AD轉換器的分類　　下面簡要介紹常用的幾種類型的基本原理及特點：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。
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1)積分型(如TLC7135)

積分型AD工作原理是將輸入電壓轉換成時間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時器/計數器獲得數字值。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率，抗干擾能力強(為何抗干擾性強?原因假設一個對于零點正負的白噪聲干擾，顯然一積分，則會濾掉該噪聲)， 但缺點是由于轉換精度依賴于積分時間，因此轉換速率極低。初期的單片AD轉換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。

2)逐次比較型SAR(如TLC0831)

逐次比較型AD由一個比較器和DA轉換器通過逐次比較邏輯構成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內置DA轉換器輸出進行比較，經n次比較而輸出 數字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點是速度較高、功耗低，在低分辯率(<12位)時價格便宜，但高精度(>12位)時價格很高。

3)并行比較型/串并行比較型(如TLC5510)

并行比較型AD采用多個比較器，僅作一次比較而實行轉換，又稱FLash(快速)型。由于轉換速率極高，n位的轉換需要2n-1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻AD轉換器等速度特別高的領域。 　　串并行比較型AD結構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轉換器配合DA轉換器組成，用兩次比較實行轉換，所以稱為 Half flash(半快速)型。還有分成三步或多步實現(xiàn)AD轉換的叫做分級(Multistep/Subrangling)型AD，而從轉換時序角度 又可稱為流水線(Pipelined)型AD，現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉換結果作數字運算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高，電路 規(guī)模比并行型小。

4)Σ-Δ(Sigma delta)調制型(如AD7705)

Σ-Δ型AD由積分器、比較器、1位DA轉換器和數字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉換成時間(脈沖寬度)信號，用數字濾波器處理后得到數字值。電路的數字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測量。

5)電容陣列逐次比較型

電容陣列逐次比較型AD在內置DA轉換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列DA轉換器中多數電阻的值必須一致，在單芯片上生成高 精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片AD轉換器。最近的逐次比較型AD轉換器大多為電容陣列式的。

6)壓頻變換型(如AD650)

壓頻變換型(Voltage-Frequency Converter)是通過間接轉換方式實現(xiàn)模數轉換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉換成頻率，然 后用計數器將頻率轉換成數字量。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數的寬度。其優(yōu)點是 分辯率高、功耗低、價格低，但是需要外部計數電路共同完成AD轉換。

2. AD轉換器的主要技術指標

1)分辯率(Resolution) 指數字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數字信號的位數來表示。

2) 轉換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉換到數字的AD轉換所需的時間的倒數。積分型AD的轉換時間是毫秒級屬低速AD，逐次比 較型AD是微秒級屬中速AD，全并行/串并行型AD可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成，采樣速率 (Sample Rate)必須小于或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在數值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表 示每秒采樣千/百萬次(kilo / Million Samples per Second)。

3)量化誤差 (Quantizing Error) 由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率AD的階梯狀轉移特性曲線與無限分辯率AD(理想AD)的轉移特 性曲線(直線)之間的最大偏差。通常是1 個或半個最小數字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。

4)偏移誤差(Offset Error) 輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調至最小。

5)滿刻度誤差(Full Scale Error) 滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。

6)線性度(Linearity) 實際轉換器的轉移函數與理想直線的最大偏移，不包括以上三種誤差。

INL 和DNL區(qū)別

說精度之前，首先要說分辨率。最近已經有貼子熱門討論了這個問題，結論是分辨率決不等同于精度。比如一塊精度0.2%(或常說的準確度0.2級)的四位半萬用表，測得A點電壓1.0000V，B電壓1.0005V,可以分辨出B比A高0.0005V，但A點電壓的真實值可能在0.9980~1.0020之間不確定。

那么,既然數字萬用表存在著精度和分辨率兩個指標，那么,對于ADC和DAC，除了分辨率以外，也存在精度的指標。

模數器件的精度指標是用積分非線性度(Interger NonLiner)即INL值來表示。也有的器件手冊用 Linearity error 來表示。INL表示了ADC器件在所有的數值點上對應的模擬值，和真實值之間誤差最大的那一點的誤差值。也就是，輸出數值偏離線性最大的距離。單位是LSB(即最低位所表示的量)。

比如12位ADC：TLC2543，INL值為1LSB。那么，如果基準4.095V，測某電壓得的轉換結果是1000，那么，真實電壓值可能分布在0.999~1.001V之間。對于DAC也是類似的。比如DAC7512,INL值為8LSB，那么，如果基準4.095V，給定數字量1000，那么輸出電壓可能是0.992~1.008V之間。

下面再說DNL值。理論上說，模數器件相鄰量個數據之間，模擬量的差值都是一樣的。就相一把疏密均勻的尺子。但實際并不如此。一把分辨率1毫米的尺子，相鄰兩刻度之間也不可能都是1毫米整。那么，ADC相鄰兩刻度之間最大的差異就叫差分非線性值(Differencial NonLiner)。DNL值如果大于1，那么這個ADC甚至不能保證是單調的，輸入電壓增大，在某個點數值反而會減小。這種現(xiàn)象在SAR(逐位比較)型ADC中很常見。

舉個例子，某12位ADC，INL=8LSB，DNL=3LSB(性能比較差)，基準4.095V，測A電壓讀數1000，測B電壓度數1200。那么，可判斷B點電壓比A點高197~203mV。而不是準確的200mV。對于DAC也是一樣的，某DAC的DNL值3LSB。那么，如果數字量增加200，實際電壓增加量可能在197~203mV之間。

很多分辨率相同的ADC，價格卻相差很多。除了速度、溫度等級等原因之外，就是INL、DNL這兩個值的差異了。比如AD574,貴得很，但它的INL值就能做到0.5LSB，這在SAR型ADC中已經很不容易了。換個便宜的2543吧，速度和分辨率都一樣，但INL值只有1~1.5LSB，精度下降了3倍。

另外，工藝和原理也決定了精度。比如SAR型ADC，由于采用了R-2R或C-2C型結構，使得高權值電阻的一點點誤差，將造成末位好幾位的誤差。在SAR型ADC的2^n點附近，比如128、1024、2048、切換權值點阻，誤差是最大的。1024值對應的電壓甚至可能會比1023值對應電壓要小。這就是很多SAR型器件DNL值會超過1的原因。但SAR型ADC的INL值都很小，因為權值電阻的誤差不會累加。

和SAR型器件完全相反的是階梯電阻型模數/數模器件。比如TLC5510、DAC7512等低價模數器件。比如7512，它由4095個電阻串聯(lián)而成。每個點阻都會有誤差，一般電阻誤差5%左右，當然不會離譜到100%，更不可能出現(xiàn)負數。因此這類器件的DNL值都很小,保證單調。但是，每個電阻的誤差，串聯(lián)后會累加，因此INL值很大，線性度差。

這里要提一下雙積分ADC，它的原理就能保證線性。比如ICL7135，它在40000字的量程內，能做到0.5LSB的INL值(線性度達到1/80000 !!)和0.01LSB的DNL值.這兩個指標在7135的10倍價錢內，是不容易被其他模數器件超越的。所以7135這一類雙積分ADC特別適合用在數字電壓表等需要線性誤差非常小的場合。

還要特別提一下基準源。基準源是測量精度的重要保證?；鶞实年P鍵指標是溫飄，一般用ppm/K(ppm百萬分之一)來表示。假設某基準30ppm/K，系統(tǒng)在20~70度之間工作，溫度跨度50度，那么，會引起基準電壓30*50=1500ppm的漂移，從而帶來0.15%的誤差。溫漂越小的基準源越貴，比如30ppm/K的431，七毛錢;20ppm/K的385，1塊5;10ppm/K的MC1403，4塊5;1ppm/K的LM399,14元;0.5ppm/K的LM199，130元。

該死的教科書害了一代學生。說起來好笑的一個現(xiàn)象：我這邊新來的學生大多第一次設計ADC電路的時候，基準直接連VCC，還理直氣壯的找來N本教科書，書上的基準寫了個網標：+5V。天下的書互相抄，也就所有的學校的教科書都是基準接5V。教科書把5V改成5.000V多好?學生就會知道，這個5V不是VCC?；蛘咛嵋幌禄鶞市枰叻€(wěn)定度，也好啊!看完全文了嗎？喜歡就一起來點個 贊 吧！