Question

ad芯片采样率和采样精度怎么计算

Answer 1

深入浅出讲解ADC的各个参数和指标
回答于2018-08-18
之前我们对ADC有了一个基本的认识。那么大家在实际应用过程中，我想，最想问并且想知道的问题就是，根据我的应用，我应该怎么选择ADC芯片，有哪些重要的指标？
其实不同种类的ADC，就像各种武功秘籍。独孤九剑的招式-快、准、狠。映射到ADC中，如果想要采集一些频率很高，幅值较小的视频、射频信号，则需要ADC具有更高的采样频率（快），更高的精度（准），更小的误差。电子江湖中，示波器就是这样一本至高无上的武功秘籍。学好使用示波器，以后面对各种各样的电路异象，我们都可以将其一一拆解。

当然，像太极拳这样的以慢打快的招式，就是需要ADC在低速采样率下有更高的精度。高精度的万用表就是利用这样的ADC进行采集。


上述设备让我们对ADC有一个基本的认知，就是采样率和精度是衡量一款ADC性能的重要指标。那么下面我们就对其就行简单讲解，并且衍生出其他衡量ADC的重要指标。
（1）采样率。这个理解起来应该比较容易，采样率一般是指芯片每秒采集信号的个数。比如1KHz/s，表示1s内，这个ADC可以采集1K个点。采样率越高，采集的点数越多，那么对信号的还原度就越高。比如A跟B，A采集3个点，最终还原出来的波形跟原始波形相差较大，B采集了6个点，那么在还原是就越接近原始信号。所以在这里我们要引出奈奎斯特定理。也就是如果对原始信号进行采集。采样率必须大于其2倍。这样才能正常的还原出原始信号，否则会发生混叠现象。如图C所示，原始波形完全无法恢复。

（2）分辨率。一般ADC都说注明是8bit，16bit或者是24bit。这里的数值也就是分辨率的意思。分辨率是衡量ADC精度一个非常重要的指标。比如采集的电压范围是0-5V，那么8bit的ADC的最小刻度就是5/2^8=0.0195V,16bit的ADC的最小刻度是5/2^16=0.000195V.从这两个数值来看，我们就知道16bit的ADC可以采集到更小的电压。所以这里的分辨率表征的ADC的最小刻度的指标。同时分辨率也只能算是间接衡量ADC采样准确的变量。直接衡量ADC采集准确性的是精度。
（3）精度。精度是在ADC最小刻度基础上叠加各种误差的参数。是可以直接衡量ADC采样精准的指标。通常ADC的精度=N*LSB+Vc_sample+Vshift+Vnoise+Vref+… N一般在ADC的数据手册中体现，表征ADC的集散误差。Vc_sample是ADC内部的采样电容引起的误差。Vshift一般是外围电路带来的偏置，Vnoise是综合前端的驱动电路和ADC得出的噪声电压。Vref一般是由参考电压的散差引起的误差。所以从这里可以看出来。虽然一些ADC的分辨率很高，但是需要精度高，还需要做好各个方面的工作，尽量降低系统误差。从而提高精度。
（4）输入电容。一般ADC内部结构如下图所示，输入电容C用于储存输入信号。但是这个电容会跟输入的滤波电容分压，从而影响输入采样的精度。但一般经过计算，这个输入电容引起的误差非常小，可以忽略不计。（电容分压影响计算更加详细的讲解在硬件三人行视频课程（）：史上最全模电教程，第1部ADC信号链课程，《低速模数混合电路设计入门视频教程》）

（6）输入漏电流。如下图所示，ADC在上电后，在输入口上存在漏电流。漏电流作用于输入的串联电阻RFT1，这样就会在电阻上产生压降，从而使得采样精度受到影响。这里的电阻较小，产生的误差只有10uV，试想如果电阻有10K级别，那么这里产生的压降就是mV级，对精度的影响就很大了。详细的讲解也可参见视频课程。