AD选型需要考虑的因素
时间：10-02
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AD选型需要考虑的因素
A/D器件和芯片是实现单片机数据采集的常用外围器件。A/D转换器的品种繁多、性能各异，在设计数据采集系统时，首先碰到的就是如何选择合适的A/D转换器以满足系统设计要求的问题。选择A/D转换器件需要考虑器件本身的品质和应用的场合要求，基本上，可以根据以下几个方面的指标选择一个A/D器件。
（1）A/D转换器位数
A/D转换器位数的确定，应该从数据采集系统的静态精度和动态平滑性这两个方面进行考虑。从静态精度方面来说，要考虑输入信号的原始误差传递到输出所产生的误差，它是模拟信号数字化时产生误差的主要部分。量化误差与A/D转换器位数有关。一般把8位以下的A/D转换器归为低分辨率A/D转换器，9~12 位的称为中分辨率转换器，13位以上的称为高分辨率转换器。10位A/D芯片以下误差较大，11位以上对减小误差并无太大贡献，但对A/D转换器的要求却提得过高。因此，取10位或11位是合适的。由于模拟信号先经过测量装置，再经A/D转换器转换后才进行处理，因此，总的误差是由测量误差和量化误差共同构成的。A/D转换器的精度应与测量装置的精度相匹配。也就是说，一方面要求量化误差在总误差中所占的比重要小，使它不显著地扩大测量误差；另一方面必须根据目前测量装置的精度水平，对A/D转换器的位数提出恰当的要求。 目前，大多数测量装置的精度值不小于01%~0.5%，故A/D转换器的精度取0.05%~0。1%即可，相应的二进制码为10~11位，加上符号位，即为11~12位。当有特殊的应用时，A/D转换器要求更多的位数，这时往往可采用双精度的转换方案。
（2）A/D转换器的转换速率
A/D转换器从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的转换时间。转换时间的倒数就是每秒钟能完成的转换次数，称为转换速率。 确定A/D转换器的转换速率时，应考虑系统的采样速率。例如，如果用转换时间为100us的A/D转换器，则其转换速率为10KHz。根据采样定理和实际需要，一个周期的波形需采10个样点，那么这样的A/D转换器最高也只有处理频率为1KHz的模拟信号。把转换时间减小，信号频率可提高。对一般的单片机而言，要在采样时间内完成A/D转换以外的工作，如读数据、再启动、存数据、循环计数等已经比较困难了。
（3）采样/保持器
采集直流和变化非常缓慢的模拟信号时可不用采样保持器。对于其他模拟信号一般都要加采样保持器。如果信号频率不高，A/D转换器的转换时间短，即采样高速A/D时，也可不用采样/保持器。
（4）A/D转换器量程
A/D转换时需要的是双极性的，有时是单极性的。输入信号最小值有的从零开始，也有从非零开始的。有的转换器提供了不同量程的引脚，只有正确使用，才能保证转换精度。在使用中，影响A/D转换器量程的因素有：量程变换和双极性偏置；双基准电压；A/D转换器内部比较器输入端的正确使用。
（5）满刻度误差
满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。
（6）线性度
实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移。
AD转换器的主要性能指标
量化误差与分辨率AD转换器的分辨率
习惯上以输出二进制的位数或BCD码位数表示。量化误差和分辨率是统一的。量化误差是由于有限数字对模拟数字进行离散取值（量化）而引起的误差。因此，量化误差理论上为一个单位分辨率，即士l/2LSB。提高分辨率可减少量化误差。
转换精度
AD转换精度反映了一个实际AD转换器在量化值上与理想AD转换器进行模／数转换的差值，可表示成绝对误差或相对误差，与一般测试仪表的定义相似。
转换时间与转换速率
转换时间被定义为AD转换器完成一次完整的测量所需要的时间，即从输入端加入信号到输出端出现相应数码的时间。通常，转换速率是转换时间的倒数。
电源抑制比电源抑制比（PSRR）
反映AD转换器对电源电压变化的抑制能力，用改变电源电压使数据发生士ILSB变化时所对应的电源电压变化范围来表示。
AD芯片接模拟信号：
每个A/D器件都有模拟信号输入脚，有的是差分输入，使用这样的A/D时把模拟信号的正端接到A/D差分输入的正端，模拟信号的负端接到A/D差分输入的负端即可；有的A/D是单端输入，使用这样的A/D时把模拟信号的正端接到A/D模拟信号输入端，模拟信号的负端接到A/.D器件的模拟地即可。还要注意模拟信号的幅度不要超出A/D的最大允许输入范围。
参考芯片：ADS8364，MAX197
A/D器件和芯片是实现单片机数据采集的常用外围器件。A/D转换器的品种繁多、性能各异，在设计数据采集系统时，首先碰到的就是如何选择合适的A/D转换器以满足系统设计要求的问题。选择A/D转换器件需要考虑器件本身的品质和应用的场合要求，基本上，可以根据以下几个方面的指标选择一个A/D器件。
（1）A/D转换器位数
A/D转换器位数的确定，应该从数据采集系统的静态精度和动态平滑性这两个方面进行考虑。从静态精度方面来说，要考虑输入信号的原始误差传递到输出所产生的误差，它是模拟信号数字化时产生误差的主要部分。量化误差与A/D转换器位数有关。一般把8位以下的A/D转换器归为低分辨率A/D转换器，9~12 位的称为中分辨率转换器，13位以上的称为高分辨率转换器。10位A/D芯片以下误差较大，11位以上对减小误差并无太大贡献，但对A/D转换器的要求却提得过高。因此，取10位或11位是合适的。由于模拟信号先经过测量装置，再经A/D转换器转换后才进行处理，因此，总的误差是由测量误差和量化误差共同构成的。A/D转换器的精度应与测量装置的精度相匹配。也就是说，一方面要求量化误差在总误差中所占的比重要小，使它不显著地扩大测量误差；另一方面必须根据目前测量装置的精度水平，对A/D转换器的位数提出恰当的要求。 目前，大多数测量装置的精度值不小于01%~0.5%，故A/D转换器的精度取0.05%~0。1%即可，相应的二进制码为10~11位，加上符号位，即为11~12位。当有特殊的应用时，A/D转换器要求更多的位数，这时往往可采用双精度的转换方案。
（2）A/D转换器的转换速率
A/D转换器从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要一定的转换时间。转换时间的倒数就是每秒钟能完成的转换次数，称为转换速率。 确定A/D转换器的转换速率时，应考虑系统的采样速率。例如，如果用转换时间为100us的A/D转换器，则其转换速率为10KHz。根据采样定理和实际需要，一个周期的波形需采10个样点，那么这样的A/D转换器最高也只有处理频率为1KHz的模拟信号。把转换时间减小，信号频率可提高。对一般的单片机而言，要在采样时间内完成A/D转换以外的工作，如读数据、再启动、存数据、循环计数等已经比较困难了。
（3）采样/保持器
采集直流和变化非常缓慢的模拟信号时可不用采样保持器。对于其他模拟信号一般都要加采样保持器。如果信号频率不高，A/D转换器的转换时间短，即采样高速A/D时，也可不用采样/保持器。
（4）A/D转换器量程
A/D转换时需要的是双极性的，有时是单极性的。输入信号最小值有的从零开始，也有从非零开始的。有的转换器提供了不同量程的引脚，只有正确使用，才能保证转换精度。在使用中，影响A/D转换器量程的因素有：量程变换和双极性偏置；双基准电压；A/D转换器内部比较器输入端的正确使用。
（5）满刻度误差
满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。
（6）线性度
实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移。
AD转换器的主要性能指标
量化误差与分辨率AD转换器的分辨率
习惯上以输出二进制的位数或BCD码位数表示。量化误差和分辨率是统一的。量化误差是由于有限数字对模拟数字进行离散取值（量化）而引起的误差。因此，量化误差理论上为一个单位分辨率，即士l/2LSB。提高分辨率可减少量化误差。
转换精度
AD转换精度反映了一个实际AD转换器在量化值上与理想AD转换器进行模／数转换的差值，可表示成绝对误差或相对误差，与一般测试仪表的定义相似。
转换时间与转换速率
转换时间被定义为AD转换器完成一次完整的测量所需要的时间，即从输入端加入信号到输出端出现相应数码的时间。通常，转换速率是转换时间的倒数。
电源抑制比电源抑制比（PSRR）
反映AD转换器对电源电压变化的抑制能力，用改变电源电压使数据发生士ILSB变化时所对应的电源电压变化范围来表示。
AD芯片接模拟信号：
每个A/D器件都有模拟信号输入脚，有的是差分输入，使用这样的A/D时把模拟信号的正端接到A/D差分输入的正端，模拟信号的负端接到A/D差分输入的负端即可；有的A/D是单端输入，使用这样的A/D时把模拟信号的正端接到A/D模拟信号输入端，模拟信号的负端接到A/.D器件的模拟地即可。还要注意模拟信号的幅度不要超出A/D的最大允许输入范围。
参考芯片：ADS8364，MAX197