了解ADC性能，尤其是與系統(tǒng)要求相關(guān)的性能，并不總是一件容易的事。例如，一個(gè)客戶為他們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)了一個(gè)他們認(rèn)為是簡(jiǎn)單的低端測(cè)試系統(tǒng)。客戶 需要 開(kāi)發(fā) 精度 為 1% 的 測(cè)試 系統(tǒng)， 因此 決定 使用 與 MCU 集成 的 12 位 分辨率 ADC。使用集成ADC的原因是，它們有足夠的裕量來(lái)滿足12位ADC的精度要求。事實(shí)證明，這不是一個(gè)正確的評(píng)估。他們的第一個(gè)錯(cuò)誤是他們不了解如何正確評(píng)估所需的準(zhǔn)確性。

由于系統(tǒng)級(jí)測(cè)量不準(zhǔn)確，其測(cè)試系統(tǒng)的初始制造運(yùn)行顯示廢品率為2%。這促使他們走上了升級(jí)MCU的道路，以便他們可以實(shí)施額外的數(shù)字處理來(lái)提高系統(tǒng)精度。這是他們的第二個(gè)錯(cuò)誤。他們錯(cuò)誤地診斷了2%剔除率的根本原因，并通過(guò)應(yīng)用額外的數(shù)字處理加劇了他們的第一個(gè)錯(cuò)誤。結(jié)果是他們的下一次生產(chǎn)運(yùn)行具有高達(dá)5%的廢品率和更高的可變性。

當(dāng)客戶認(rèn)為他們的準(zhǔn)確性比他們需要的要高得多時(shí)，他們是如何設(shè)計(jì)一個(gè)失敗的系統(tǒng)？客戶未能解釋ADC的關(guān)鍵規(guī)格并將其應(yīng)用于所需的系統(tǒng)要求。

讓我們回顧一下決策過(guò)程，以評(píng)估他們是如何在這種情況下結(jié)束的。客戶犯的第一個(gè)錯(cuò)誤是將分辨率與精度和準(zhǔn)確性混為一談，這是一個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò)誤。第二個(gè)錯(cuò)誤是未能確定導(dǎo)致高拒絕率的真正錯(cuò)誤來(lái)源。這反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致了進(jìn)一步提高廢品率的解決方案。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率

分辨率是ADC的第一個(gè)也是搜索最廣泛的參數(shù)。客戶查看了ADC分辨率，并假設(shè)它與ADC的精度和精密度相匹配。問(wèn)題在于，分辨率、精度和準(zhǔn)確度并不總是相關(guān)的，并且在給定的ADC上可能會(huì)有很大差異。

ADC的分辨率僅指ADC輸出的位數(shù)或代碼數(shù)。它不能定性指示來(lái)自ADC的數(shù)據(jù)的精度或準(zhǔn)確度。

并非所有12位ADC都是平等的。您必須深入挖掘才能了解ADC提供的性能。

這可以通過(guò)查看分辨率的定性指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如有效分辨率（位），有效位數(shù)（ENOB）和噪聲（伏特）。這些屬性用于以略有不同的方式定義分辨率。

有效分辨率只是考慮ADC相對(duì)于滿量程輸入的噪聲的可用ADC分辨率。有效分辨率通常用作定性品質(zhì)因數(shù)，以指示DC RMS（均方根）噪聲的影響，即ADC讀數(shù)與平均值相差一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。例如，如果從100位ADC獲取12個(gè)讀數(shù)，并將100個(gè)讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算為2位，則ADC的有效分辨率為10位。

ENOB類似于有效分辨率，但就位而言，它是AC RMS噪聲的定性品質(zhì)因數(shù)。

噪聲是表示ADC有效分辨率的另一種方式，但它以伏特為單位進(jìn)行量化。

當(dāng)試圖根據(jù)參考輸入的信號(hào)比較ADC的性能時(shí)，噪聲很有用，而在試圖理解ADC的噪聲時(shí)，位很有用，因?yàn)樗cADC的滿量程代碼范圍有關(guān)。例如，讓我們比較具有12位有效分辨率的ADC和具有10位有效分辨率的ADC。具有12位有效分辨率的ADC具有5 V的滿量程范圍，折合到輸入端的噪聲為（5V/2^12）= 1.2mV。具有10位有效分辨率的ADC具有1 V的滿量程范圍，折合到輸入端的噪聲為（1V/2^10） = 0.98mV。12位有效分辨率ADC具有更高的折合輸入噪聲，因此最佳RMS精度為1.2mV，但輸入范圍更寬。10位有效分辨率具有較低的輸入?yún)⒖荚肼暎哂休^小的輸入范圍。

哪個(gè)ADC更好？答案取決于您的應(yīng)用需求。

精度

精度是測(cè)量結(jié)果持續(xù)再現(xiàn)的能力，換句話說(shuō)，是測(cè)量值的可重復(fù)性。測(cè)量精度越高，就越能發(fā)現(xiàn)細(xì)微的差異。精度高很好。

準(zhǔn)確性

精度是測(cè)量與被測(cè)量的實(shí)際值相匹配的能力。嘗試測(cè)量特定值時(shí)需要它。高精度非常好。

精度和準(zhǔn)確性哪個(gè)更重要？

假設(shè)我買(mǎi)了一套箭，然后去射箭場(chǎng)使用三個(gè)系統(tǒng)來(lái)展示精度和準(zhǔn)確性。

圖 1 顯示了系統(tǒng) 1，這是一個(gè)精確系統(tǒng)的示例。請(qǐng)注意，箭頭是緊密分組的，這表明啟動(dòng)箭頭的方法非常可重復(fù)。但是，它們沒(méi)有接近靶心的預(yù)期目標(biāo)，這意味著發(fā)射器或箭頭的性能無(wú)法準(zhǔn)確。

圖 2 顯示了系統(tǒng) 2，這是一個(gè)精確、準(zhǔn)確的系統(tǒng)示例。同樣，請(qǐng)注意箭頭是緊密分組的，這表明啟動(dòng)箭頭的方法非常可重復(fù)。另請(qǐng)注意，它們分組在靶心上，這表明精度很高。

圖 3 顯示了系統(tǒng) 3，這是一個(gè)既不精確也不準(zhǔn)確的系統(tǒng)示例。箭頭沒(méi)有緊密分組，精度低。

精度和準(zhǔn)確性哪個(gè)更重要？

為了回答這個(gè)問(wèn)題，讓我們?cè)俅慰匆幌逻@三個(gè)系統(tǒng)。

如果一個(gè)月后，制造了一套新的箭，而我在射箭場(chǎng)使用這些箭，會(huì)發(fā)生什么？我希望系統(tǒng) 1 中的分組保持緊密，但由于新箭頭與舊箭頭不同，因此分組可能已移動(dòng)到目標(biāo)上的不同位置。我還希望系統(tǒng) 2 和系統(tǒng) 3 中的分組與以前相同。

如果第二天射箭場(chǎng)的溫度、濕度或風(fēng)改變了方向會(huì)怎樣？同樣，我希望系統(tǒng) 1 中的分組保持緊密，但分組將移動(dòng)到目標(biāo)上的不同位置。此外，我希望系統(tǒng) 2 和系統(tǒng) 3 中的分組與以前相同。

如果我每天發(fā)射一組環(huán)境條件不斷變化的新制造的箭頭，會(huì)發(fā)生什么？大約 30 天后，系統(tǒng) 2 看起來(lái)與第一天相同，但系統(tǒng) 1 和系統(tǒng) 3 將開(kāi)始看起來(lái)相同。隨著時(shí)間的推移，沒(méi)有精度的精密系統(tǒng)開(kāi)始看起來(lái)像一個(gè)既沒(méi)有精度也沒(méi)有精度的系統(tǒng)，因?yàn)榫葧?huì)根據(jù)內(nèi)部變化（制造）和外部變化（環(huán)境）而變化。

這就是本文開(kāi)頭示例中客戶所發(fā)生的情況。他們認(rèn)為自己有準(zhǔn)確性，但意識(shí)到他們沒(méi)有。然后他們?cè)噲D提高精度來(lái)補(bǔ)償，但系統(tǒng)發(fā)生了變化，因此他們失去了精度和準(zhǔn)確性，不得不重新設(shè)計(jì)他們的系統(tǒng)。

現(xiàn)在我們對(duì)分辨率、精度和準(zhǔn)確度有了很好的了解，我們可以將這種理解應(yīng)用到我們的ADC上。在第二部分中，我們將繼續(xù)探索客戶示例，以了解定義精度和準(zhǔn)確度的ADC參數(shù)。這將最終使我們能夠達(dá)到滿足我們要求的系統(tǒng)精度。

審核編輯：郭婷