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基于ADC的动态范围与最大输入信号幅度之匹配

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yumeii 发布时间:2020-1-8 15:18
正常来讲,ADC的动态范围与最大输入信号的幅度相匹配,对于得到最大的ADC转换精度是非常重要的。
- M  v# \# s: T- t) ~7 S1 n9 r% j
5 P# j% D* \' C5 l1 X3 e! }/ B
' T. G* F; J8 J3 W+ s
ADC的动态范围与最大输入信号幅度严重不匹配是啥意思呢? 不妨举例说明之。
7 T+ \' a. |: v6 j) c, i7 F, c' r! K5 C) h5 E! O

8 C4 d4 a1 ~# X: w  f' p! j( T假定要转换的信号在0V至2.5V之间变化,而VREF+等于3.3V,ADC的分辨率为12位,则最大信号2.5V的ADC转换数值是3102,如下图所示。这样,就有993个未使用的转换值(4095 – 3102 = 993),即丢失了转换信号的精度。6 w5 Z6 x/ ~( ~
, r% [! i# g" m) ]) K+ B& m4 x9 w

$ _9 ^0 y1 @8 J, p 1.png
9 ]; W2 d- M5 M4 h& R6 d1 w3 H: H7 I: H) v# t- q3 o
5 P, |+ A2 O, d4 Q6 o! p( C
不妨换个说法。$ x+ F8 k# A4 G) L( C; W6 B

2 K9 t" i8 x& S2 y' e

6 [3 e0 |) G) y; }! R4 Q当最大输入为2.5v,参考电压为3.3V时.输入信号所对应的实际分辨率为 2.5v/3102 .
5 x4 W, t& k2 e8 Y  v! W
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( e8 T0 N. U* M- K3 K
若把ADC的参考电压调整为与输入相匹配,将参考电压也改为2.5V,那么2.5V输入所对应的ADC值则是满量程4095,此时的分辨率就提升到了2.5v/4095 .3 z7 y' p' S0 ]  [4 j  W

# t- |& D3 k+ }

6 M5 Z1 d7 U* z5 p- S& B实际应用中有人或许特意挑选一个分辨率比较满意的ADC芯片或带ADC的MCU,然而在具体设计的时候,ADC的最大输入信号离ADC模块的参考电压还相差一大截,这时当初挑选的ADC分辨率精度就根本没有被充分利用起来。如其这样,还不如选个哪怕分辨率低点、但参考电压跟输入信号幅度匹配的ADC芯片,这样或许成本上还可以省点。* c6 o' z" @$ t# V* x$ r

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0 p  o& W, q, @$ w; s; W# R1 L那如何使ADC的动态范围与最大输入信号的幅度相匹配?
% }' ?' n: E4 N. _; t; f5 Y6 j$ L$ X/ q! o3 f- \

2 Z; n$ ]% l# K" \, B  E一般可以通过合理地选择参考电压或使用一个前级放大器,使用ADC的全量程输出,得到最大可能分辨率,从而提高转换精度。% O" r9 B7 M$ [7 m/ b. K6 D
7 m! J9 [% t  ^# M; d0 P* J) P
; A4 p1 u# d' X* l" s2 x8 _. f
1、选择合适的参考电压
* T$ N: a8 `7 d
- V* ^- I: ~6 t) \

5 }- b0 x* I" g让参考电压与要测量信号的幅值匹配,使用ADC模块的全范围、满量程输出,以得到最大的分辨率。
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; b: A; r) C+ f9 w2 G. g# Z2、使用前置放大器
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" o* k" b0 [4 y! C. ^" K2 n1 H3 f
如果与ADC的测量范围相比,待测量的信号太小,可以使用一个外部的前级放大器。例如:如果要测量的信号变化范围是0V至1V之间,而VDDA是3V,这个信号可以被放大,使它的峰-峰幅度与VDDA的数值相同,增益为3。 这个放大器可以把输入信号的范围转换至ADC模块的范围。不过,此时注意设计这个放大器时不要引入其它额外的误差。; L, M6 v. P/ x' F6 P

( J8 S) c& U0 m! X# H
, e$ x3 x. U2 X( y1 Q
3.png 7 M5 x4 s; W: a

: ~' I& b' R9 t: Z: v9 F6 P

* M* j# n1 v: e1 c所以,在做ADC应用时,注意输入信号幅度要尽量与ADC模块的参考电压想匹配,充分使用到满量程,实现最佳转换精度。6 V! t* k6 @% y/ I7 v7 F

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