市面上ADC有很多，不同的ADC價(jià)格相去甚遠(yuǎn)，所以我們到底應(yīng)該如何去選ADC？

先從知道參數(shù)是什么開始！

Resolution 分辨率

ADC的resolution一般用位數(shù)表示，比較常見的是 8bits～24bits，其中這個(gè)8bits代表的是2的8次方

式1: 2^8=256

不過他是從0開始算，要256要減去一個(gè)1，255換成16進(jìn)制剛好是FF，插個(gè)題外話，不知道大家換算16進(jìn)制是怎么換算的我換算的方法如下

這個(gè)resolution代表你可以把基準(zhǔn)電壓分成多少份，換成符合國(guó)情的說法，ADC就是一個(gè)稱，Resolution越高就表示同樣能稱的范圍內(nèi)，稱的最小刻度越細(xì)，最小刻度一兩的稱是稱不了一錢的東西。稱也能稱只是很不準(zhǔn)。

Reference

有的ADC內(nèi)部自帶Reference，有的ADC則沒有內(nèi)部Reference，reference顧名思義就是基準(zhǔn)的意思，resolution是把電壓分成多少份，reference就是被分成多少份的電壓。Reference最為重要的是精度和其穩(wěn)定性。

因?yàn)閞eference是電路的唯一標(biāo)準(zhǔn)，初始精度就顯得尤為重要。若是和外部DMM匹配對(duì)ADC的采樣值進(jìn)行校準(zhǔn)，那么這個(gè)初始精度就不那么重要了。

當(dāng)前用的最多的估計(jì)是TL431，我們一起看看

圖2: TL431初始精度

如果你是當(dāng)2495mV用的話，ADC采集的最高偏差約2.2%，但這個(gè)偏差是個(gè)固定值，可以和ADC的Gain Error在一起被校準(zhǔn)掉。因?yàn)槠浔举|(zhì)就是會(huì)導(dǎo)致ADC的斜率不對(duì)。詳情見觀電路-csa與系統(tǒng)。

Reference的輸出電壓會(huì)隨著溫度的變化而變化，典型的表述方式是ppm/degree C，我們一起看看TL431的溫度漂移。

圖3:TL431溫漂

92/100萬 ≈ 1/1萬 也就是說溫度每變化一度，TL431的輸出電壓就會(huì)變0.2495mV正常溫度變化一般是不止1℃的變化，在用作電源基準(zhǔn)的場(chǎng)合基本上都能有20℃左右的變化，若是使用TL431可能就會(huì)引起5mV左右的基準(zhǔn)變化。而我們看看內(nèi)部自帶基準(zhǔn)的ADC ADX122內(nèi)部基準(zhǔn)的水平如何。

圖4: ADX122溫漂

它并沒有直接描述其內(nèi)部基準(zhǔn)的溫漂是多少，而是告訴我們ADC的Gain drfit是多少，因?yàn)锳DX122內(nèi)部還有一些PGA什么，這些東西的溫漂也會(huì)造成ADC輸出結(jié)果的偏差，事實(shí)上我們關(guān)心的是ADC的輸出結(jié)果到底是如何，給出Gain Drift我們也能直觀的得出ADC的輸出結(jié)果會(huì)怎么樣的變化。

在FSR=±0.256V時(shí)候約8ppm/℃，約等于8uV/℃，公平的給他上個(gè)20℃約0.16mV帶入±0.256V在比一下約3%%，表示當(dāng)溫度變化20℃采集到同個(gè)電壓≈有3%%的偏差。

ADC采集的理想曲線應(yīng)當(dāng)是條45°的斜線，但是因?yàn)镚ain error的存在這個(gè)斜線不是完美的45°，這個(gè)斜線的偏差會(huì)導(dǎo)致輸出結(jié)果的偏差，下圖為理想曲線↓根據(jù)下圖的斜線也就明白Gain error對(duì)采樣的影響。

圖5:ADX122 CODE Transition diagram

Reference的輸出不僅會(huì)隨著溫度的變化而變化，也會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，在手冊(cè)中一般以long term drift出現(xiàn)，或者叫做LTD，在工業(yè)系統(tǒng)中LTD非常重要，經(jīng)常有聽這機(jī)器一年要校準(zhǔn)一次，這機(jī)器xx校準(zhǔn)一次。很大的原因和LTD有關(guān)系。我們看看ref5025的LTD↓

圖6:REF5025 Long Term stability

可以看到VSSOP-8的LTD是25ppm/1000Hr 就是說每1000小時(shí)ref5025會(huì)變化2.5u也就是41天變化2.5uV,對(duì)于這個(gè)變化主要還是看設(shè)備的精度要求是多少，多長(zhǎng)時(shí)間校準(zhǔn)一次。具體設(shè)備具體自己分析。

另外reference的PSRR有時(shí)候也是非常重要，尤其是開關(guān)電源供電的情況下，PSRR指的是當(dāng)輸入電壓變化時(shí)候輸出電壓的變化。如果開關(guān)電源的輸出紋波比較大將會(huì)直接影響Reference的輸出電壓。建議選擇LDO為reference供電，避免因?yàn)殡娫刺珷€導(dǎo)致reference輸出抖得不行，LD50x的輸出有各種選擇適合各種基準(zhǔn)。

圖7:LD50x選型手冊(cè)

圖8: LD50X PSRR

從圖8可以看出來，ld50x的PSRR變化，典型的reference芯片加ADC的功耗大多在10ma左右，典型的開關(guān)電源一般都在100Khz左右，若是在板上的DC/DC他們的開關(guān)頻率會(huì)更高一般是650Khz~2Mhz，我們看LD50X的PSRR在100Khz時(shí)候接近60db，約1000倍，也就是說輸入變化1V輸出變化1mV，正常來說開關(guān)電源輸出紋波并不會(huì)那么高，并且reference芯片本身也有一些PSRR兩級(jí)衰減可以保證輸出的電壓是干凈的。另外值得一提的是，LD50X的噪聲特性特別好，適合給各種精密傳感器用作模擬供電。

圖9:LD50X簡(jiǎn)介

Full scale error 滿量程誤差

滿量程誤差指的是當(dāng)ADC讀取的最大值和理想最大值的差距，比如說12bits（參考為4.095V）的ADC轉(zhuǎn)換了一個(gè)4095 LSB的值時(shí)候，理想的話此時(shí)的輸入電壓應(yīng)該就是4.095V，但是由于ADC的輸入offset的存在，和Gain error的存在,就產(chǎn)生了full scale error，說到底還是理想直線和實(shí)際直線的偏差。Gain error和offset error參考觀電路-csa與系統(tǒng)。

DNL微分非線形

若是我們將ADC的每個(gè)LSB跳變電壓點(diǎn)畫出來在連上線我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)線并不是絕對(duì)直的直線，就算我們校準(zhǔn)其offset以及校準(zhǔn)其Gain error，將其往理想直線上挪，我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)其跳變電壓點(diǎn)和理想跳變電壓點(diǎn)的偏差，DNL定義了理想跳變點(diǎn)與實(shí)際跳變點(diǎn)的最大差值。

比如說，當(dāng)輸入電壓往上加1LSB，但是ADC沒有任何反應(yīng)，當(dāng)輸入電壓加到1.5LSB時(shí)候ADC的輸出Code才發(fā)生變化，這時(shí)候我們可以說DNL為+0.5LSB，同理，當(dāng)輸入電壓往上加到0.5LSB其輸出Code就發(fā)生改變我們可以說他的DNL為-0.5LSB，一個(gè)好記的方法就是多出來電壓才變的是+LSB，欠電壓就變的是-LSB。

INL積分非線形

Integral non-linearity積分非線形就是DNL的合集，它所代表的是理想和實(shí)際的最大垂直差值，比如說當(dāng)在001到100的這個(gè)output code range里時(shí)DNL都是負(fù)值，當(dāng)我輸入一電壓使其達(dá)到011，這時(shí)我的ADC實(shí)際輸出code是高于理想輸出code的，在ADC的整個(gè)范圍內(nèi)去尋找理想曲線和實(shí)際曲線的區(qū)別，找到垂直誤差最大的點(diǎn)就是ADC的INL最大值使用LSB來表示。若是實(shí)際輸出Code高于理想輸出Code此時(shí)INL為+的，若是實(shí)際輸出Code低于理想輸出Code則INL為-的。

圖1:INL曲線

有點(diǎn)像你給酒缸里面灌水，理想狀況下可能是一勺子水液位升1cm，但實(shí)際上酒缸的桶不太規(guī)則，在開始時(shí)候酒缸的DNL為負(fù)的，但到了酒缸最中間的位置他的DNL為正的。最終我們根據(jù)給酒缸灌水液位上升曲線和一勺1cm液位上升曲線找出他的INL，實(shí)際上和酒缸的外形有關(guān)系。

那么非線形如何影響我們的實(shí)際系統(tǒng)呢？

比如說你的采樣精度要達(dá)到1/10000，你使用的是16bit的ADC他的INL為10LSB，也就是說在校準(zhǔn)掉Gain error和offset error后理想采樣LSB和實(shí)際采樣LSB差10LSB，也就代表理想和實(shí)際可能最大會(huì)差10LSB，所以就算你選了16bit的ADC你的INL差，你的最終輸出結(jié)果精度也是到不了1/10000的。主要和你的設(shè)計(jì)精度有關(guān)。

圖3:ADX122 INL積分非線性

在這里看到ADX122的INL的最大值是12LSB，但是它的分辨率有20bit所以他的最大的Code是1048576，直接將這個(gè)Code除12得87381，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1/10000的精度，注意：這里忽略了其他參數(shù)。

Sample Rate 采樣率

一般ADC的采樣率用SPS表示，SPS 全拼是 sample per second 每秒采樣。那我們?nèi)绾稳タ碅DC的SPS是多少？

在芯片手冊(cè)的第一頁我們一般能看到芯片的SPS是多少，以ADX122舉例如圖4所示

圖4:ADX122的SPS

那我們又怎么去測(cè)量ADX122的SPS呢？通過讀取ADX122的寄存器我們可以看到ADX122的SPS是多檔位可以配置的。

圖5:ADX122 SPS的檔位

當(dāng)我們配置不同的data rate 時(shí)候他的SPS是不同的，其他ADC也有類似的選項(xiàng)。當(dāng)我們?cè)O(shè)置好ADX122的時(shí)候我們觸發(fā)ADX122的DRDY信號(hào)就好，等數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好DRDY會(huì)變低，不同的芯片可能不同。這里僅參考ADX122的手冊(cè)。

圖6:ADX122 DRDY引腳描述

所以我們只需要觸發(fā)DRDY的翻轉(zhuǎn)間隔我們就知道當(dāng)前的SPS為多少，因?yàn)镈RDY在ADX122里是與DOUT共用，所以在讀取間隔時(shí)候需要注意。

圖7:藍(lán)色的為DRDY的間隔

圖7約間隔3mS一次，根據(jù)手冊(cè)可以得出結(jié)論大概是316SPS。