了解 ADC 性能，尤其是當(dāng)它與系統(tǒng)要求相關(guān)時，并不總是一項簡單的任務(wù)。舉個例子，一位客戶為他們的一個產(chǎn)品設(shè)計了一個他們認(rèn)為簡單的低端測試系統(tǒng)?？蛻粜枰_發(fā)精度為 1% 的測試系統(tǒng)，因此決定使用與他們的 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余量來滿足 12 位 ADC 的精度要求。事實證明，這不是一個正確的評估。他們的第一個錯誤是他們不了解如何正確評估所需的準(zhǔn)確性。

由于系統(tǒng)水平測量的不準(zhǔn)確，他們測試系統(tǒng)的初始制造運(yùn)行顯示出 2% 的廢品率。這使他們走上了升級 MCU 的道路，這樣他們就可以實施額外的數(shù)字處理來提高系統(tǒng)精度。這是他們的第二個錯誤。他們錯誤地診斷了 2% 拒絕率的根本原因，并通過應(yīng)用額外的數(shù)字處理加劇了他們的第一個錯誤。結(jié)果是他們的下一次生產(chǎn)運(yùn)行的廢品率高達(dá) 5%，并且具有更高的可變性。

客戶如何設(shè)計一個系統(tǒng)，但他們認(rèn)為自己的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了他們的需要，卻失敗了？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程，以評估他們?nèi)绾卧谶@種情況下結(jié)束?？蛻舴傅牡谝粋€錯誤是將分辨率與精度和準(zhǔn)確度混淆，這是一個常見的錯誤。第二個錯誤是未能確定導(dǎo)致高廢品率的真正錯誤來源。這反過來又導(dǎo)致了進(jìn)一步提高廢品率的解決方案。

ADC分辨率

分辨率是 ADC 的第一個也是最廣泛搜索的參數(shù)?？蛻舨榭?ADC 分辨率并假設(shè)它與 ADC 的準(zhǔn)確度和精度相匹配。問題是分辨率、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)。它不會對來自 ADC 的數(shù)據(jù)的精確度或準(zhǔn)確度給出定性指示。

并非所有 12 位 ADC 都生而平等。您必須深入挖掘以了解 ADC 提供的性能。

這可以通過查看分辨率的定性指標(biāo)來實現(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。

考慮到 ADC 相對于滿量程輸入的噪聲，有效分辨率只是可用的 ADC 分辨率。有效分辨率通常用作定性品質(zhì)因數(shù)來指示 DC RMS（均方根）噪聲的影響，即與平均值相差一個標(biāo)準(zhǔn)偏差的 ADC 讀數(shù)。例如，如果您從 12 位 ADC 獲取 100 個讀數(shù)，并計算 100 個讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為 2 位，則 ADC 的有效分辨率為 10 位。

ENOB 類似于有效分辨率，但它是 AC RMS 噪聲（以比特為單位）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。

在嘗試根據(jù)參考輸入的信號來比較 ADC 的性能時，噪聲很有用，而在嘗試了解 ADC 的噪聲時，位很有用，因為它與 ADC 的滿量程代碼范圍有關(guān)。例如，讓我們比較一個 12 位有效分辨率的 ADC 和一個 10 位有效分辨率的 ADC。具有 12 位有效分辨率的 ADC 的滿量程范圍為 5 V，輸入?yún)⒖荚肼暈?(5V/2^12) = 1.2mV。具有 10 位有效分辨率的 ADC 的滿量程范圍為 1V，輸入?yún)⒖荚肼暈?(1V/2^10) = 0.98mV。12 位有效分辨率 ADC 具有更高的輸入?yún)⒖荚肼?，因此最?RMS 精度為 1.2mV，但它具有更寬的輸入范圍。10 位有效分辨率具有較低的輸入?yún)⒖荚肼?，但具有較小的輸入范圍。

哪個ADC更好？答案取決于您的應(yīng)用需求。

精確

精度是測量被一致再現(xiàn)的能力，或者換句話說，是測量的可重復(fù)性。您的測量精度越高，您就越能辨別出細(xì)微的差異。高精度是好的。

準(zhǔn)確性

準(zhǔn)確度是測量與被測量的實際值相匹配的能力。嘗試測量特定值時需要它。高精度非常好。

哪個更重要——精度還是準(zhǔn)確度？

假設(shè)我買了一套箭，然后去射箭場使用三個系統(tǒng)來證明精度和準(zhǔn)確性。

圖 1 顯示了系統(tǒng) 1，它是一個精確系統(tǒng)的示例。請注意，箭頭是緊密分組的，這表明發(fā)射箭頭的方法具有很高的可重復(fù)性。然而，它們并沒有接近靶心的預(yù)定目標(biāo)，這意味著發(fā)射器或箭頭的性能不具備準(zhǔn)確性。

圖 2 顯示了系統(tǒng) 2，這是一個精確、準(zhǔn)確的系統(tǒng)示例。再次注意箭頭是緊密分組的，這表明發(fā)射箭頭的方法是非?？芍貜?fù)的。另請注意，它們在靶心上分組，這表明準(zhǔn)確性很高。

圖 3 顯示了系統(tǒng) 3，這是一個既不精確也不準(zhǔn)確的系統(tǒng)示例。沒有緊密的箭頭分組并且精度低。

精度和準(zhǔn)確度哪個更重要？

要回答這個問題，讓我們再看看這三個系統(tǒng)。

如果一個月后制造了一套新的箭并且我在射箭場使用它們會怎樣？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，分組可能已移動到目標(biāo)上的不同位置。我還希望系統(tǒng) 2 和系統(tǒng) 3 中的分組與以前保持一致。

如果第二天射箭場的溫度、濕度或風(fēng)改變方向會怎樣？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 中的分組與以前保持一致。

如果我每天在不斷變化的環(huán)境條件下發(fā)射一組新制造的箭，會發(fā)生什么？大約 30 天后，系統(tǒng) 2 的外觀將與第一天相同，但系統(tǒng) 1 和系統(tǒng) 3 的外觀將開始相同。隨著時間的推移，一個沒有精度的精密系統(tǒng)開始看起來像一個既沒有精度也沒有準(zhǔn)確度的系統(tǒng)，因為精度會根據(jù)內(nèi)部變化（制造）和外部變化（環(huán)境）而變化。

這就是文章開頭示例中客戶發(fā)生的情況。他們認(rèn)為他們有準(zhǔn)確性，但意識到他們沒有。然后他們試圖提高精度以進(jìn)行補(bǔ)償，但系統(tǒng)發(fā)生了變化，因此他們失去了精度和準(zhǔn)確度，不得不重新設(shè)計他們的系統(tǒng)。

現(xiàn)在我們對分辨率、精度和準(zhǔn)確度有了很好的理解，我們可以將這種理解應(yīng)用到我們的 ADC 中。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)。這最終將使我們能夠達(dá)到滿足我們要求的系統(tǒng)精度。