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了解ADC輸入電壓和物理參數(shù)之間的關(guān)系

電子設(shè)計 ? 來源:互聯(lián)網(wǎng) ? 作者:佚名 ? 2018-03-08 08:49 ? 次閱讀

許多初步了解模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的人想知道如何將ADC代碼轉(zhuǎn)換為電壓。或者,他們的問題是針對特定應(yīng)用,例如:如何將ADC代碼轉(zhuǎn)換回物理量,如電流、溫度、重量或壓力。在這個包含兩篇文章的博客系列中,我將討論如何為各種應(yīng)用執(zhí)行這一數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。在第1篇文章中,我將解釋如何將ADC代碼轉(zhuǎn)換回相應(yīng)的電壓。在第2篇文章中,我將使用幾個應(yīng)用示例來展示如何從測量的電壓計算感興趣的物理參數(shù)。

將代碼轉(zhuǎn)換為電壓

ADC采樣模擬信號提供表示輸入信號的量化數(shù)字碼。數(shù)字輸出代碼得到后處理,并且結(jié)果可以報告給使用該信息做出決定和采取行動的操作者。因此,重要的是將數(shù)字碼正確地與它們表示的模擬信號建立關(guān)聯(lián)。

一般而言,ADC輸入電壓通過簡單的關(guān)系與輸出代碼相關(guān),如公式1所示:

其中VIN(V)是ADC的輸入電壓(稱為輸入,如下所述),輸出代碼是ADC的十進制格式的數(shù)字輸出代碼(計數(shù)),LSB大小是ADC代碼中的最低有效位(LSB)。

公式1是可用于任何ADC的一般公式。如果ADC的輸出代碼為二進制或二進制補碼格式也沒有關(guān)系,只要將二進制數(shù)正確轉(zhuǎn)換為其等效十進制值即可。

確定LSB大小

完成ADC轉(zhuǎn)換后,將輸出代碼的十進制值乘以LSB大小來計算輸入電壓。知道LSB大小是代碼和電壓之間轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。

公式2可確定LSB大小:

其中FSR是與基準電壓成比例的ADC的滿量程輸入范圍(單位為伏特),N是ADC輸出代碼中的位數(shù)。2N等于ADC代碼的總數(shù)。

LSB大小等于滿量程輸入范圍(FSR)除以ADC代碼的總數(shù)。這相當于覆蓋整個輸入范圍所需的每個代碼的步長。圖1為4位ADC(24= 16個代碼)的階躍函數(shù),它將輸入電壓映射到輸出代碼。

1ADC輸入傳遞函數(shù)(N = 4

滿量程范圍和輸入基準電壓

要注意所使用ADC的FSR,因為不同的ADC有不同的FSR。FSR總是與基準電壓成正比,也可能取決于任何內(nèi)部增益,如公式3所示:

其中VREF是ADC的基準電壓(單位為伏特);m是基準電壓比例系數(shù)(例如,如果ADC的差分輸入范圍允許輸入電壓為從-VREF到VREF,則m = 2,因此FSR = 2VREF),增益是ADC的內(nèi)部增益(如果有,否則為1V / V)。我在這個公式中包含了增益,以便在ADC包含增益級的情況下計算輸入基準電壓,如圖2所示。

2:輸入基準電壓

delta-sigma ADC通常在ADC輸入之前集成可編程增益放大器(PGA)增益級;這就是公式3包括增益項的原因。通過在FSR計算中包括PGA增益,LSB大小計算也考慮了該增益。這意味著,當輸出代碼乘以LSB大小時,結(jié)果是PGA輸入之前的輸入基準電壓(VIN),如圖2所示,而不是放大的(輸出基準)電壓。注意,如果系統(tǒng)在ADC之前使用額外的信號調(diào)節(jié),則該電路的效果可能需要額外的計算以確定系統(tǒng)的輸入基準電壓(在信號調(diào)節(jié)電路之前)。

示例代碼

在大多數(shù)情況下,ADC代碼由微控制器以8位段讀取,并連接成32位數(shù)據(jù)類型。如果ADC的分辨率小于32位,并且輸出代碼有符號,則需要將數(shù)據(jù)符號擴展為32位整數(shù)數(shù)據(jù)類型以保留符號。圖3中的代碼為該操作的示例。

3:讀取24ADC數(shù)據(jù)的代碼示例

現(xiàn)在你知道如何將ADC代碼轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸入電壓,下一步是了解ADC輸入電壓和物理參數(shù)之間的關(guān)系。

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