AD转换器的主要指标

AD转换器的主要指标如下:

  (1)分辨率(Resolution)。指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量,定义为满刻度与2n的比值。分辨率又称精度,通常以数字信号的位数来表示。定义满刻度于2^n的比值(n为AD器件位数)。对于5V满刻度,采用8位的AD时,分辨率为5V/256=0.01953V=19.53mv;当采用12位的AD时,分辨率则为5V/4096=0.00122V=0.122mv。位数越多,分辨率就越高

  (2)转换速率(Conversion Rate)。是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD,逐次比较型AD是微秒级属中速AD,全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念,是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成,采样速率(Sample Rate)必须小于或等于转换速率。因此习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是Ksps和Msps,表示每秒采样千/百万次(Kilo / Million Samples Per Second)。

  (3)量化误差(Quantizing Error)。由于AD的有限分辨率而引起的误差,即有限分辨率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辨率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。

  (4)偏移误差(Offset Error)。输人信号为雷时输出信号不为零的值,可外接电位器调至最小。

  (5)满刻度误差(Full Scale Error)。满刻度输出时对应的输人信号与理想输人信号值之差。

  (6)线性度(Lineafity)。实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移,不包括以上3种误差。

  AD的其他指标还有绝对精度(Absolute Accuracy)、相对精度(Relative Accuracy)、微分非线性、单调性和无错码、总谐波失真(THD,Total Harmonic Distotortion)和积分非线性等。

  对于AD转换器,选取的标准主要决定于采样频率和位数,以及价格、供货周期、应用情况等其他因数。生产高速AD的主要厂家有AD公司、Maxim公司以及TI公司(也就是BB公司)。这三家公司在高速AD上的产品种类不是很多,根据对各种AD芯片的查阅,选择TI公司的AD转换芯片ADS5422

  ADS5422是14bit的最高采样频率可达62Msps的高速AD转换芯片,采用单- 5V电源供电,在采样频率为10M时其最大动态范围为82dB,最高信噪比达到72dB,其数字量输出可以直接和5V或者3.3V的CMOS芯片连接,模拟量输入的峰峰值为4V,可以直接输人0.5~4.5V的模拟量,封装形式为64脚的扁平四方封装,目前TI的官方报价为29美元/片(一次购买千片以上的单价)。国内也有该芯片出售,国内价格在300元左右。

  14bit的AD转换适应信号的范围为10lg(214)dB=42dB,基本上可以适应各种应用场合。ADS5422的采样频率的大小由其输人时钟决定,输入时钟的范围可以在16ns~1μs,输人时钟为16ns时对应采样频率为62MHz,AD可以接受3V或者5V的TTL或者CM0S电平。DSP可以提供该时钟信号,并且可以软件设置输人时钟的各种特征量,包括时钟频率、高电平宽度等,基本上可以满足AD5422对时钟信号的要求。这里确定AD的实际采样频率为60MHz。这样,一秒钟内采样的数据量为50M个,由于DSP系统无法及时处理这些数据,在数据处理之前,必须将这些数据保存起来,使用ΠFO保存1M个数据,也就是20ms内的采样数据,1M个数据采集结束开始信号处理。由于高速AD采样导致信号不稳定,甚至出现错误。将设计多层板,加强布线的合理性,从电路板上尽可能去除干扰;其次提高算法的效率,节省计算时间。

  和ADS5422功能接近的其他型号的AD还有AD公司的AD9244。和ADS5422相比,两者数据位数都是14bit,在信噪比上两者相近,时钟输入和操作方法相近,电源都是5V,输出数字信号都可以和3.3V的芯片兼容;其主要优点是功耗是ADS5422的一半,500mW;其主要缺点是输人模拟电压峰峰值为ADS5422的一半,只有2V。

  AD公司其他的高速AD芯片还有AD6644,为其早期产品,操作方法和ADS5422、AD9244不一样,AD6644功耗达到1.3W。和AD9244相比,没有什么优点,AD9244是其替代产品。

  高速AD的另外一个厂家MAXIM公司也有一批高速AD产品,但采样频率在40MHz以上没有14bit数据的AD,其产品优势主要集中在中速AD上。

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