非常见问题...
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威廉·退尔到底有多准确?
问题:模拟数字变换器(ADC)有多么准确?
威廉·退尔到底有多准确?



解答: 现代的ADC是极为精密的,但是其绝对准确度并不总是与其精密度一致。假如小沃尔特(Walter)头顶上放了一个10厘米的苹果,那么威廉·退尔(William Tell)要射中苹果的射箭误差就要小于5厘米***。在50米的距离(可能不会更远了,在今天的比格伦(Bürglen)没有超过50米的中心开阔地区)时,这代表千分之一的误差,大约是10-比特的准确度。16-比特ADC的分辨度为216分之一(等于65536分之一或者百万分之十五,即15ppm)。这类ADC的线性度达到1个最低位比特即1个字(LSB)是很常见的。这就是说,其转移特性与直线的偏离小于满度的1/65536。

对于大多数的应用来说,这种线性度比绝对准确度要重要的多,但是在有些情况(例如威廉的情况)下,绝对准确度起着关键的作用。

现有的16-比特ADC都达不到满度的15ppm的绝对准确度。最好的16-比特ADC都有几个字(LSB)的增益误差。所以,即使使用最完美的参考源,其初始的绝对准确度最高也就是14-比特左右。当然,我们可以将其校准到优于16-比特,甚至进行温度补偿,但是作为现成的产品,其绝对准确度大约也就是14-比特。

这里没有考虑电压参考源的问题。因为大多数的应用场合需要的是线性度而不是绝对精度。很多ADC芯片上的电压参考源大约准确到10-比特,有些还要差一些。这是因为高精度参考源的体积很大,这样会使变换器变得更贵,而大多数的用户又不需要。

分立的参考源要好一些,但是仍然达不到16-比特的水平。现在达到的最好水平是在10V之下1mV的初始准确度,大约是13-比特。大多数高性能参考源的准确度在11到12-比特的数量级。即使经过校准也很难达到16-比特,并且在温度变化的情况下很难保持该准确度。

在大多数ADC应用中,相对准确度和线性度是很重要的,而绝对准确度则不然。在需要更高绝对准确度的情况下,则要将系统设计成能够通过校准和温度补偿来达到所需要的水平,并且理解制造厂家对变换器和参考源给出的基本限制指标也非常重要。要记住,不论其分辨度多高,带有内部电压参考源的ADC的绝对准确度在校准前很少能够超过10-比特——和老比尔(old Bill)达到的水平大致相同。

1 http://uk.myswitzerland.com/zh/swisscams/cam_detail.cfm?webcam_id=1016239307&rkey=2155

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特约作者James Bryant自1982年起,担任Analog Devices公司欧洲区的应用经理。他拥有利兹大学的物理学学位和哲学学位,并且是C.Eng.(注册工程师)、Eur.Eng.、MIEE(电机工程师协会会员) 以及FBIS(对外广播新闻处)会员。除了钟情于工程之外,他还是一位业余无线电爱好者,他的呼叫代号是G4CLF。 James Bryant


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