如何为传感器测量选定ADC

现代采用传感器测量的仪器无一例外地采用微处理器,多数传感器输出的是模拟信号,而微处理器只能处理数字信号,因此必定需要采用 ADC(模数转换器),除非微处理器本身自带 ADC。不管微处理器自带ADC还是需要外加ADC,都需要选择合适的ADC。

为传感器选择ADC主要考虑以下几个方面。

(1)精度/分辨率

实际上更准确地说是需要选定ADC的动态范围,也即常说的ADC的位数n。n位的ADC可以把满足其输入范围的信号“分解”成2 个最小单位——分辨率,也即1/2 。所以,已知传感器的量程和所要求的精度可以依据下式得到ADC的位数n:

但事情到此并未结束,一个ADC并不能保证其精度能够到达其分辨率,换言之,一个刻度为1mm的尺子并不能保证其精度能够做到1mm,而是常常相差1位以上。到此,我们可以根据上式计算到的“最小”n+ADC的误差位数+1~2位的裕量选择ADC。

(2)速度

ADC的速度是sps(sample per second,采样次数/秒),经常不太正确地称之为“Hz”(赫兹)。

选取ADC速度的依据是奈奎斯特定律(采样定律)。按照采样定律,必须保证采样速度高于信号中最高频率的2倍或以上。由于在实际应用时很难保证信号中的频率不超过我们所预想的频率(只要是电路,就必定存在白噪声,而白噪声是无限带宽的),另一方面,为了简化抗混叠滤波器(其作用是滤除超出我们设计的信号频带的高频分量,而要做到阻带衰减特性好的低通滤波器就需要更高的阶数,也就是更复杂的电路、更多的元件和成本),在工程上把采样率定到奈奎斯特频率的5~10倍。再有,ADC在工作到它的最高采样速度时难以保证其性能。综上所述,所选择ADC速度应该比传感器所得到的有用信号的最高频率高出1个数量级以上。

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