| [sictech]如何擴展adc芯片以提高精度?---西城微科電子 |
| Update Time ： 2018-06-12 View ： 5609 |
1.1 誤差定義
常用的A/D轉換器主要存在：失調誤差,、增益誤差和線性誤差,。這里主要討論失調誤差和增益誤差。理想情況下,，ADC模塊轉換方程為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誤差的ADC模塊的轉換方程為y=x&TImes;ma±b,，式中ma為實際增益，b為失調誤差,。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，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轉換結果的影響,。
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,，這將會使轉換結果減少0.2%。
在實際應用中,，所采集的信號經常為雙極型信號,，因此信號在送至ADC之前需要添加轉換電路，將雙極型信號轉化為單極型信號,。典型的轉換電路如圖2所示,。對于ADC模塊，考慮到增益誤差和失調誤差對輸入范圍的影響,，轉換電路需要調整為如圖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的增益誤差和失調誤差被增大了,。例如，如果ADC的增益誤差為5%,，失調誤差為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,，其理想的轉換值為ye=1.4315×4095/3=1954,，而由ya=1954×1.05+80計算得實際轉換值，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轉換精度較差的主要原因是存在增益誤差和失調誤差,，因此要提高轉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），通過讀取相應的結果寄存器獲取轉換值,，利用兩組輸入輸出值求得ADC模塊的校正增益和校正失調,，然后利用這兩個值對其他通道的轉換數(shù)據(jù)進行補償，從而提高了ADC模塊轉換的準確度,。圖1示出了如何利用方程獲取ADC的校正增益和校正失調,。具體計算過程如下：
① 獲取已知輸入?yún)⒖茧妷盒盘柕霓D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誤差：
實際增益ma=（yH-yL）/（xH-xL）;
失調誤差 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CalOffset=b/ma=yL/ma-xL,。
④ 將所求的校正增益及校正失調應用于其他測量通道，對ADC轉換結果進行校正,。
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轉換模塊，由于其通道間的增益及失調誤差均在0.2%以內,，所以可以采用這種方法對其進行校正,。
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