ADC技术帮助实现更精确测量

取决于信号变化的速率和所需的采样间隔。一些ADC模块内置有取平均值的能力(图3)。

以上概念都被融入到系统的软件设计之中，但是还有一些硬件改进技术也可以提高转换精度。许多电路(特别是电池电压和温度检测电路)使用高值电阻分压器生成模拟参考。通常，电容器被放置于输入端，这将使模拟交流电源的源阻抗降低，因此，ADC将能够恰当地获取到信号。PCB本身的固有电阻小于1MΩ。模拟输入端的漏电流(IIN)通常要求不超过1μA，其典型值一般在25nA左右。这种漏电流将会产生误差(EIL)：

EIL=IIN*RAS

其中，RAS是ADC电压源的模拟源电阻。消除这种误差的最佳方式是，在系统可控范围内减少RAS和任何形式的漏电流(如PCB漏电)。

系统电源也会以噪声形式影响转换精度。如果ADC使用噪声较大的电源(包括ADC电压参考)，那么将无法准确地表示传感器正在输出的电平。有几种ADC设计方法可以去除一些电源噪声，但是消除电源噪声的最佳方式是为转换营造一个安静的环境。MCU提供的一些模式可以暂停CPU和各种外设。飞思卡尔Flexis模式就被称为WAIT模式。在这种环境下，器件没有驱动输出，但是ADC转换仍然会发生并中断CPU，即快速唤醒器件，完成转换后将恢复所有的操作和通信。

最难消除的噪声是同步噪声，这种噪声的参数与转换调度相同。这类噪声可以伪装成增益或偏移误差。减少这种影响的唯一方法就是针对同步噪声来改变转换时间，这种做法只有在噪声源具有较低频率时才有效。许多随机噪声很难预防，如EMC事件、线路噪声和白噪声，因为它们具有随机性，但是通过过采样取平均值可以起到一定的作用。

能源计量已经成为一种示例应用，这类应用要求准确的模拟信号转换。另一个应用是医疗设备，在下面的例子中，家用便携式血糖测计仪具有MMS功能。所有这些便携式家用医疗产品都要求具有较长的电池寿命、快速的响应时间、强大的数据处理及有线和无线通信接口。基于微机电系统(MEMS)的压力和加速度传感器可用于采集物理参数，这些参数提供自然、连续的信号电压或电流的精密和准确转换，从而使MCU能够通过ADC模块来处理它们(图4)。

糖尿病患者需要随时监控身体的血糖含量并采取相应的措施。因此，家用医疗市场开发了家用医疗产品，从而使患者能够更轻松地完成上述行为。这些设备均由电池供电，带有相对简单的用户界面。现在的仪表都带有日期/时间时钟和存储器，许多仪表能够将数据传输到计算机中，甚至通过手机网络传送到医生的诊疗室。一些血糖检测仪具有直流马达，可以将刺血针插入到皮肤中来收集血样。血样发生的化学反应将产生电流。电流的大小与血样中的葡萄糖含量相对应。这些葡萄糖含量在1毫克/分升范围内。葡萄糖含量的读数只需花几秒钟时间就达到其最大值，此时要求具有稳定的参考电压。家用血糖检测仪的准确度是大家都比较关心的一个问题，因为它们必须满足国际标准组织(ISO)15197精度标准，标准规定，对于浓度超过75mg/dl或更低浓度的绝对水平，血糖检测仪的检测结果在95%的情况下都必须在实验室标准的20%以内。影响仪表精度的因素包括仪表校准、环境温度、血样容量和质量、血液中含量较高的其他物质、血细胞比容、仪表中的污垢、湿度，以及测试条的老化。

这些要求是针对整个系统而言。如果所有有源电子系统元件都有精度要求，则ADC所需规格通常为16位分辨率，ENOB>13.5位，最少4个差分成对输入(两个差分对)，速率大于100kHz。每个血糖仪厂家都会根据使用的组件和特殊算法以自己的方式来划分精度，但是以上参数统一被市场所用。

本文小结

对于任何的医疗测量或计量系统来说，最大的挑战就是将真实世界的模拟信号精确地转换到嵌入式控制器的数字域。高分辨率的ADC提供了高粒度的结果(LSB表示nV的变化)，但是不一定能提供应用所需的精度。许多引起误差的因素不可避免，因为无法实现完美的模数转换。不过，不同的ADC技术，例如取平均值、过采样和抽取、校准、泄漏控制、噪声降低和温度补偿，可以被用来提高转换精度(TUE)和ADC ENOB。

飞思卡尔公司的Flexis微控制器MM256/128和JE256/128器件在一个可互换的8位或32位微控制器上实现了超低功率操作、USB连接、图形显示支持和出色的测量精度，允许器件设计人员以较低的成本设计出功能丰富的产品。此类器件适用于工业控制、仪表和医疗应用，或其他任何需要大量高精度模拟的应用。器件为设计者提供了高分辨率ADC和DAC模块两种选择，并且JE256/128器件还将通用的运算放大器和跨阻放大器集成到了微控制器中。这些高度集成的微控制器具有丰富