ADC的选择及其使用中应注意的问题

山西电子技术　２００６年第５期　应用实践　ＡＤＣ的选择及其使用中应注意的问题　李文方　陈兴新　（中国矿业大学资源学院硕０４，江苏徐州２２１００８）　摘要：模数转换器是许多信息处理系统的关键组成部分，其性能对整个系统起着决定性的作用。从现代电　子技术应用角度出发，介绍了模数转换器的技术，包括类型、工作原理、特性的对比、主要技术指标等。同时指出了　在ＡＤＣ使用中的一些应注意的细节，并结合实际应用中出现的问题，提出了几种提高ＡＤＣ工作性能的方案。　关键词：ＡＤＣ；分辨率；精度　中图分类号：ＴＮ７９２　文献标识码：Ａ　Ｏ引言　模数转换器（ＡＩ３Ｃ）是一种把模拟量转换成数字量的电　路。目前所使用的ＡＤＣ几乎都是集成电路。ＡＤＣ在数据　２　ＡＤＣ的选择　由于模数转换器是整个模数转换电路中最贵的器件，它　直接决定着整个数据采集系统的精确度和速度，因此在选择　ＡＤＣ的时候要从模数转换器的结构、转换原理和性能指标　采集系统中非常常见，在计算机技术飞速发展的今天，作为　现场模拟量和计算机可识别的数字量之间的接口和变换电　路的ＡＤＣ，更是得到了广泛而深入的应用。在工业检测控　几个方面综合考虑，以便在使用时做到合理选择，既能满足　系统要求，又要降低系统成本。另外，在使用时还需要考虑　制和生活中对温度、压力、流量、速度等的测量，以及在生物　医学领域对人体的生理性能如血压，血流，脉搏，呼吸压力，　ＡＤＣ的输入、输出信号的特点（如输入信号的类型，极性以　及幅度范围，输出信号的编码和格式等），以便提高整个电路　的抗干扰能力，最大限度地发挥ＡＤＣ的精度。　呼吸湿度，腹腔压力，分娩时子宫压等这些模拟量的测量时，　都需要用到模数转换器，通过ＡＤＣ把这些连续的模拟量转　实际操作中，根据所要转换信号的不同，选择外部特性　合适的Ａ／Ｄ转换器，其中最重要的是转换精度和转换时间。　各种类型的ＡＤＣ转换时问从几十ｎｓ至几百ｎ　不等，根据　系统的需要合理选择，既要满足系统要求，又要保证ＡＤＣ的　转换速度不浪费。ＡＤＣ的精度也是要充分考虑的一个问　题，如果保持稳定的环境条件，ＡＤＣ的转换精度可以保持在　化成计算机能够识别的数字量，从而可以利用先进的计算机　技术对所测参数进行处理和分析。　１　Ｃ的类型　ＡＤＣ的种类很多，模数转换器根据转换方法不同可以　分为积分型，逐次逼近型，并行转换型和过采样∑一△型等；　根据测量对象的不同可以分为压力传感器，温度传感器，湿　度传感器，化学传感器等多种。各种类型的转换原理不同，　速度和精度等都不一样，成本也有很大差别。表１对各类　分辨率的水平上，即达到±１ＬＳＢ的精度。对于８位的ＡＤＣ，　如果输入范围为０—５Ｖ，则分辨率Ｄ１为Ｄ１＝５Ｖ／２８＝１９，５　Ｘ１０Ｉ３Ｖ；１６位ＡＤＣ在同样输入范围下的分辨率Ｄ２为Ｄ２　＝５Ｖ／２ｌ６＝７６．３　Ｘ　１０＿。’Ｖ。例如对一般的工业用信号，幅度　ＡＤＣ的分辨率、转换速度和价格作了粗略的对比，这三项指　标通常是选择ＡＤＣ时首先要考虑的，而价格与前两个因素　密切相关，一般是速度越高，精度越高越贵。　表１不同类型ＡＤＣ性能、价格比较　类型　并行比较型　分级型　逐次比较型　∑．△型　积分型　ＶＦ℃　速度精度价　高分辨率　主要特点　超高速　高速　格等综合性　高分辨率　低成本　低成本　价比高　高精度　高抗干扰　高分辨璋　能力　分辨率　（位）　６～１Ｏ　８～１６　８～１６　１６－－２４　１２～１６　８～１６　转换时间　几十Ｔｌｓ　比较大，８位的即可满足要求，而对于一些特殊的应用场合，　例如生理电信号，一般都是毫伏级甚至微伏级，就需要选择　ｌ２或ｌ６位的ＡＤＣ了。　３　ＡＤＣ使用中的注意事项　ＡＤＣ的各种特性都是在理想状态下的参数，在实际的　应用中，由于环境及外围电路的干扰，ＡＤＣ的性能会受到一　定的限制，为了让系统的ＡＤＣ能最大限度地发挥作用，达到　良好的工作状态，在使用过程中还需要注意一些细节，并采　取相应的措施。以下是笔者在实际应用中总结的一些经验。　３，１要注意ＡＤＣ启动控制信号的要求　几十～　几～　几十～　几十～　几百几～几十ｕｓ　ｎＳ　几十ｍｓ　几百ｍｓ　几百ｍｓ　采样频率　几十ＭｓＰｓ　几　价格　高　高　几十～　由　几十　由　几～　几～几十　低　低　几百Ｋ　Ｓ　ＫＳＰＳ　几十ＫＳＰＳ　Ｋ　）ｓ　启动控制信号就是用来控制模数转换器启动的信号。　根据不同ＡＤＣ的启动要求提供相应的启动信号。一般ＡＤＣ　（下转第４６页）　视频处理　数据采集　音频处　数字仪　主要用途　超高速视频　高速数据　工业控制　理、数字　数字仪表　表、简易　采集　仪表　ＡＤｃ　收稿日期：２００６—０６—０７第一作者李文芳女２３岁硕士研究生　维普资讯 http://www.cqvip.com

山西电子技术　２００６年　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆａｃｅ　Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＫＰＣＡ　ａｎｄ　ＳＶＭ　Ｌｉ　Ｌｉ．－ｌｙ　Ｌｉ　Ｙｉ．．ａｒｉｎ　Ｃａｉ　Ｙｉｎｇ　（Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｖｉｓｉ（ｍ　ｌａｂ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　矗　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｙｕｎｎａｎ　６５００５１，Ｃａｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｖｅｃｔｏｒ　ｍａｃｈｉｎｅ（ＳＶＭ）ｓｕｉｔｓ　ｆｏｒ　ｔａｃｋｌｉｎｇ　ｓｍａｌｌ　ｓｍａｐｌｅ　ｓｉｚｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｋｅｒｎｅｌ　ｐｒｉｎｃｉｐａ１　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ（ＫＰＣＡ）ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｏｒｄｅｒ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍａｇｅ　ｓｅｔｓ　ｃａｎ　ａｄｄｒｅｓｓ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｉｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｄｅｓｃｉｒｂｅｓ　ｔｈｅ　ｒｄａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ａｍｏｎｇ　ｔｈｒｅｅ　ｏｒ　ｍｏｒｅ　ｐｉｘｅｌｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａ　ｆａｃｅ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦａＫ；Ａ　ａｎｄ　ＳＶＭ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｐｏｒｔ　ｖｅｃｔｏｒ　ｍａｃｈｉｎｅ；ｋｅｒｎｅｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｆａｃｅ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　（上接第４１页）　３）在使用ＤＥＭＯ板调试时，会由调试口导入ＰＣ噪声，　必需由外部输入启动信号以控制Ａ／Ｄ转换的开始。常见的　由信号连接线导入外部噪声，因此建议使用屏蔽电缆传输信　控制启动方式由两种：一是脉冲启动转换，一是电平控制转　号，板上注意模拟电源和数字电源，以及模拟地和数字地要　换。脉冲启动转换类的芯片需要在启动转换输入引脚加上　分开，减少耦合噪声路径。　一定宽度和幅度的脉冲信号，Ａ￣８０９、ＡＤＳ７８２５等芯片就　４）信号输入前级接滤波电路，一般一阶ＲＣ电路较多，　属于这种启动方式；电平控制转换类芯片，需要在转换控制　电阻和电容的参数注意选取；信号接入后级接滤波电路最好　端加上满足要求的电平信号，并在整个过程中必须注意保持　采用ｓｉｎｃ滤波方式。注意输入偏置电流会限制外部的滤波　这一电平，属于这类方式的芯片有ＡＤ５７０、ＡＤ５７１等。需要　电阻阻值的大小。　特别注意的是，脉冲启动转换类芯片在提供启动脉冲时一定　总之，针对不同的系统要求选择适合的　Ｃ，在选择完　要根据芯片的要求使脉冲保持一定的宽度，否则，可能没法　毕的基础上，要充分考虑电路实际情况，采取相应的措施减　正常转换。如果是由单片机控制这类ＡＤＣ，则需要根据脉　少外界及内部信号之间的干扰，从而达到提高分辨率的目　冲宽度要求和单片机的工作时钟来确定启动脉冲持续的周　的。　期，有时为了达到这个脉冲宽度，常常会采用指令冗余的方　参考文献　法以使脉冲保持一定的跳变和持续时间。笔者在科研中用　［１］刘书明，马小平．数据采集系统芯片原￣－＇－５应用［Ｍ］．　到过美国Ｂ　Ｂ　公司生产的４通道１６位、逐次逼近　西安：西安电子科技大学出版社，２０００．　式模数转换器ＡＤＳＵ８２５，对该芯片，当ＣＳ脚置低电平，在Ｒ／Ｃ　［２］赵保经．ＡＮ）和Ｄ／Ａ转换器应用手册［Ｍ］．上海：上海　端触发一个低电平，就可启动ＡＤ转换，但每次启动ＡＤ转　科学普及出版社，１９９５．　换时，保持低电平的时间一般为４０ｎｓ，最大不能超过１２ｕｓ，否　［３］胡汉才．单片机原理及其接口技术［Ｍ］．北京：清华大　则将影响读数的准确性。此时就需要用到指令冗余。　学出版社，２００４．　３．２要注意时钟信号的精确性　［４］彭承琳．生物医学传感器原理与应用［Ｍ］．北京：高等　ＡＤＣ芯片工作时所需要的周期性脉冲，有的芯片要求　教育出版社，２００１．　从外部输入，有的内部有时钟发生器。需要从外部输入时，　［５］　罗红实．８ＢＡ／Ｄ转换器性能的改善方法［Ｊ］．电脑开发　要注意时钟的频率允许范围和精确度。如果是片内集成ＡＤ　与应用，２０００（５）：４５—４６．　的ＭＣＵ，支持高速时钟，如果不影响性能，内部工作时钟越　［６］欧阳文伟．ＡＤＣ和ＤＡＣ工作原理比较和发展现状［Ｊ］．　低，对ＡＤ采样引起的干扰越小。　湖北教育学院学报，２０００，２２（２）：６７—６９．　３．３针对高精度的ＡＤＣ。还应注意以下几个方面　［７］陈国平．几种模数转换的结果特点及其发展趋势［Ｊ］．　１）参考电压需要足够精确，推荐使用外部高精准参考　组合机床与自动化加工技术，２００４，１２：３—５．　电压。　［８］汪兴建．模数转换器的选用［Ｊ］．重庆职业技术学院学　２）如果ＰＧＡ可调，增益系数一般是越小噪声越低；如　报，２００５，１４（２）：１３３—１３５．　果有偏置，需要进行自校。　［９］王树红．几种Ａ／Ｄ转换技术及性能特点的分析［Ｊ］．山　西电子技术，２００４（５）：３５—３６．　Ｔｈｅ　Ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｏｆ　ＡＤＣ　ａｎｄ　Ｓｏｍｅ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　Ｎｏｔｉｃｅｄ　ｉｎ　Ａ／Ｉ）Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ　Ｌｉ　Ｗｅｎ—ｆａｎｇ　Ｃｈｅｎ　Ｘｉｎｇ－ｘｉｎ　（Ｍａｓｔｏ　Ｃｌａｓｓ　０４，Ｒｅ￣ｕｍｅ　Ｇ）ｌｈ＇ｇｅ，Ｃａｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｆｆｔｙ　ｏｆＭｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２２１００８，　ｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｎｖｅｒ＊ｅｒｓ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｒｌ　ｎｍｋｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｒｅ　ｅｓｓｅｎｔｉａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｍａｎｙ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｎ］ｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ，ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｓｔｙｌｓｅ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｔ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｓｏｍｅ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｔ｝ｍｔ　ｏｆｔｅｎ　ｈａｐｐｅｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｕｓｉｎｇ　ｏｆ　ＡＤＣｓ，ａｎｄ　ｇｉｖｅｓ　ｓｏｍｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐ—　ｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ＡＤ（二ｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｈｃ６ｅｎ　ａｃｃｏｒｄｉｇｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｔａｋｅ　ｓｔｅｐｓ　ｔｏ　ｒｉｓｅ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ＡＤＣｓ　ａｎｄ　ｅｎｓｕｒｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｎｋｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＡＤＣ；ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｐｒｃ￣．＇ｉｓｉｏｎ