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便携式数据收集体系中ADC的选用攻略

真实世界的应用需要真实世界的物理连接,一般来说,这意味着模拟信号要在系统内的某处被数字化处理,以便于微处理器、ASIC或FPGA采集数据并做出决策。基本选用标准当选择一款模拟数字转换器(ADC)时,大

实在国际的使用需求实在国际的物理衔接,一般来说,这意味着模仿信号要在体系内的某处被数字化处理,以便于微处理器、ASIC或FPGA收集数据并做出决议计划。

根本选用规范

当挑选一款模仿数字转化器(ADC)时,大多数规划师好像只重视几个首要规范。在规划下一代便携式、低功耗数据收集体系时,比方功耗等规范或许至关重要,但大多数状况下,工程师是根据下面这些因从来挑选一款ADC:数字接口(SPI、I2C和并行接口等)、分辨率(需求的有用位)、要求的转化速度、ADC架构、输入结构。

其他的挑选规范一般包含功耗考虑(工作和休眠方式)以及是否集成了参阅电压等。此外,工程师还常常考虑体系友爱特性,比方:为数据数字化处理集成的FIFO、集成的可编程增益放大器(PGA),或衔接到串行总线的通用I/O等。

数字接口挑选

ADC的数字部分一般是个根本规范,这是因为数字体系的完成或许会受制于可用的某些接口品种以及所需的数据传输速率。

例如,当将一个ADC衔接到你喜欢的微操控器时,这个ADC或许只要一个I2C接口可用。对更高速率或更高分辨率的ADC来说,并行接口或许是敏捷传送许多数据的最简略办法,如可在FPGA内运转的数字滤波便是这种需许多数据传送的使用。

精细ADC可支撑3种首要接口类型——双线(或I2C)、三线(或SPI)以及并行接口,每种接口都有各自优劣势。高速ADC(大于10Msamples/s)也可供给用于衔接到FPGA的高速串行衔接的低电压差分信令(LVDS)。

双线或I2C接口的引脚数少,封装尺度也小。也便是说数据传输只用两个引脚,这使得它可在极小的封装内取得最多通道数。例如,对一个8引脚封装来说,其间两个是接口引脚,两个是电源引脚,其他4个引脚可用作模仿输入。例如,美信的MAX11613四通道、12位ADC就选用micro-max 8引脚封装。

这些小型器材使它们成为消费使用和体系电源监控使用的抱负挑选。(I2C与电源办理SMBus协议十分类似。)此外,因为根据I2C的ADC能在每单位面积上供给更多通道数,所以一般被使用3轴加速度计和陀螺仪的游戏操控器和航位计算体系等空间受限的使用所选用。

可是,I2C接口的数据传输速率慢,且难以阻隔。I2C接口的数据引脚是个双向集电极开路脚。因而,在比方医疗使用等体系出于噪声阻隔或安全等需求,要求进行(光)阻隔的场合,选用I2C就很困难。此外,根据I2C的体系速度将较慢,其最高数据传输速率一般不超越3.4Mbps。

三线接口和SPI供给一种能支撑100Mbps(理论上)的全双工、高速总线。此外,假如把多个ADC(或其它SPI器材)衔接在一条总线上,能够将其级联起来。例如,可在单一阻隔的SPI总线上,将8个MAX11040组合成32信道,用于电网使用。此外,SPI支撑简略且有本钱效益的(光)阻隔。这种办法在FPGA内完成相同相对简略,但它所需的管脚比I2C多。

并行接口具有高吞吐量以及逻辑操控接口简略的特色,这很合适FPGA。惋惜的是,并行接口也需求许多管脚。

分辨率

固有的ADC差错、信号起伏、最低有用位(LSB)步长以及动态规模等要求,会使“需求多少位”这个小问题变得复杂。例如,简略的体系电压和电流丈量,或许只需求8、10或12位ADC。可是,丈量典型的电阻桥装备内的传感器,或许需求24位的Σ-ΔADC器材才能在很大的全体信号中检测出小的信号改变。

常用dB(分贝)代表分辨率,dB供给了ADC全体信噪比(SNR)的一个近似(也即体现出它能从传感器或体系噪声布景中解分出多么小的信号)。分辨率的每一位约为6dB。因而,理论上,12位ADC应该有大约72dB的SNR。实际中,许多要素约束了信噪比,一款SNR为70dB或更高的12位ADC就很不错了。

ENOB=(SINAD–1.76)/6.02

ADC供货商以如下两种常见方式之一引述该目标:有用位数(ENOB)或信噪比和失真(SINAD)。这两种方式是相关的。ENOB的一种界说是:

ENOB=(SINAD-1.76)/6.02

其间一切值都以dB表明。SINAD便是在除掉dc项后,所要的信号(根本)与一切失真和噪声之和的比。因而:SINAD=(rms信号/rms噪声)

在线性完美(无失真)但有嘈声的体系中,SINAD和SNR能够交换。咱们以简略的12位、单通道ADCMAX1240为例。数据表给出的最坏状况下的SINAD为70dB,因而,依照上述公式,咱们可得到ENOB:ENOB(MAX1240)=(70-1.76)/6.02=11.34位。

噪声源调和波可对ADC的质量形成损伤。许多体系和ADC都面对这种状况。在本文下面,咱们来调查一些常见的噪声调和波源。

因而,在决议需求多少位时,要考虑比方噪声调和波等体系和ADC差错,并保证即便在把上述差错也考虑在内时,体系仍有满足的分辨率。假如分辨率不够高,在数据读取时会产生量化差错,且体系精度将下降。

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