1 ADC模塊誤差的定義及影響分析

1.1 誤差定義

常用的A/D轉(zhuǎn)換器主要存在：失調(diào)誤差,、增益誤差和線性誤差。這里主要討論失調(diào)誤差和增益誤差,。理想情況下,，ADC模塊轉(zhuǎn)換方程為y=x&TImes;mi，式中x=輸入計數(shù)值 =輸入電壓&TImes;4095/3;y=輸出計數(shù)值,。在實際中,，A/D轉(zhuǎn)換模塊的各種誤差是不可避免的，這里定義具有增益誤差和失調(diào)誤差的ADC模塊的轉(zhuǎn)換方程為y=x&TImes;ma±b,，式中ma為實際增益,，b為失調(diào)誤差。通過對F2812的ADC信號采集進行多次測量后,，發(fā)現(xiàn)ADC增益誤差一般在5%以內(nèi),，即0.95,。

ADC

1.2 影響分析

在計算機測控系統(tǒng)中，對象數(shù)據(jù)的采集一般包含兩種基本物理量：模擬量和數(shù)字量,。對于數(shù)字量計算機可以直接讀取,，而對于模擬量只有通過轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被計算機所接受，因此要實現(xiàn)對模擬量準確的采集及處理,，模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度和準確率必須滿足一定的要求,。由于F2812的ADC具有一定增益誤差的偏移誤差，所以很容易造成系統(tǒng)的誤操作,。下面分析兩種誤差對線性電壓輸入及A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響,。

F2812用戶手冊提供的ADC模塊輸入模擬電壓為0～3 V，而實際使用中由于存在增益誤差和偏移誤差,，其線性輸入被減小,。

下面以y=x&TImes;1.05+80為例介紹各項值的計算。當輸入為0時,，輸出為80，由于ADC的最大輸出值為4095,，則由式y(tǒng)=x×1.05+80求得輸入最大電壓值為2.8013,。因此，交流輸入電壓范圍為1.4007±1.4007,，此時有效位數(shù)N=ln4015/ln2=11.971,，mV/計數(shù)位=2.8013/4015=0?6977，其余項計算同上,。表1中的最后一行顯示了ADC操作的安全參數(shù),，其有效位數(shù)減少為11.865位，mV/計數(shù)位從0.7326增加為0.7345,，這將會使轉(zhuǎn)換結(jié)果減少0.2%,。

在實際應用中，所采集的信號經(jīng)常為雙極型信號,，因此信號在送至ADC之前需要添加轉(zhuǎn)換電路,，將雙極型信號轉(zhuǎn)化為單極型信號。典型的轉(zhuǎn)換電路如圖2所示,。對于ADC模塊,，考慮到增益誤差和失調(diào)誤差對輸入范圍的影響，轉(zhuǎn)換電路需要調(diào)整為如圖3所示的電路,。在圖3中,，輸入增益誤差的參考范圍已經(jīng)改變。

ADC

對于雙極性輸入,，其0 V輸入的增益誤差對應單極性輸入的1.4315V的增益誤差,，因此,，原有ADC的增益誤差和失調(diào)誤差被增大了。例如,，如果ADC的增益誤差為5%,，失調(diào)誤差為2%，則其雙極性的增益誤差計算如下：雙極性輸入x′= 0.0000 V,，單極性的ADC輸入電壓x = 1.4315 V,，其理想的轉(zhuǎn)換值為ye=1.4315×4095/3=1954，而由ya=1954×1.05+80計算得實際轉(zhuǎn)換值,，則雙極性增益誤差為ya-ye=2132-1954=178（9.1%誤差）,。通過計算可以看出，ADC的誤差大大增加,，因此要使用ADC進行數(shù)據(jù)采集,，就必須對ADC進行校正，提高其轉(zhuǎn)換精度,。

2 ADC校正

2.1校正方法

通過以上分析可以看出,，F(xiàn)2812的ADC轉(zhuǎn)換精度較差的主要原因是存在增益誤差和失調(diào)誤差，因此要提高轉(zhuǎn)換精度就必須對兩種誤差進行補償,。對于ADC模塊采取了如下方法對其進行校正,。

選用ADC的任意兩個通道作為參考輸入通道，并分別提供給它們已知的直流參考電壓作為輸入（兩個電壓不能相同）,，通過讀取相應的結(jié)果寄存器獲取轉(zhuǎn)換值,，利用兩組輸入輸出值求得ADC模塊的校正增益和校正失調(diào)，然后利用這兩個值對其他通道的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進行補償,，從而提高了ADC模塊轉(zhuǎn)換的準確度,。圖1示出了如何利用方程獲取ADC的校正增益和校正失調(diào)。具體計算過程如下：

① 獲取已知輸入?yún)⒖茧妷盒盘柕霓D(zhuǎn)換值yL和yh,。

② 利用方程y=x×ma+b及已知的參考值（xL,，yL）和（xH，yH）計算實際增益及失調(diào)誤差：

實際增益ma=（yH-yL）/（xH-xL）;

失調(diào)誤差 b=“yL” -xL×ma,。

③ 定義輸入x=y×CalGain-CalOffset,，則由方程y=x×ma+b得校正增益CalGain=1/ma=（xH-xL）/（yH -yL），校正失調(diào)CalOffset=b/ma=yL/ma-xL,。

④ 將所求的校正增益及校正失調(diào)應用于其他測量通道,，對ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果進行校正。

上述即為實現(xiàn)ADC校正的全過程,，通過使用這種方法,，ADC的轉(zhuǎn)換精度有很大提高。由于這種方法是通過某個通道的誤差去修正其他通道的誤差,，因此要采用這種方法,，必須保證通道間具有較小的通道誤差,。對F2812ADC轉(zhuǎn)換模塊，由于其通道間的增益及失調(diào)誤差均在0.2%以內(nèi),，所以可以采用這種方法對其進行校正,。

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