ADC量化誤差

01 ADC量化誤差

一、前言

ADTest2024AprilTestATMEGA16.SchDoc

剛才，對于10位ADC的采樣特性進行了測量，在輸入信號變化非常小的時候，ADC的量化誤差對采樣結(jié)果造成的影響非常大，即使采用了 512個數(shù)據(jù)進行平均，也無法消除量化誤差帶來的影響。下面，測試通過在采用信號中引入噪聲干擾，來消除量化所帶來的誤差。對采樣數(shù)據(jù)進行超采樣，通過平均來提高ADC的分辨率。

二、測量結(jié)果

對于模擬輸入信號低通濾波RC的參數(shù)修改,可以改變輸入噪聲在采集信號中的比例.將 輸入電阻從 10k歐姆降低到 1.5k歐姆, 使得濾波效果降低. 此時, 連續(xù)512個數(shù)據(jù),可以看到其中數(shù)據(jù)波動范圍是3, ?而之前,?采集的數(shù)據(jù)波動范圍只有2，這說明的確現(xiàn)在信號中的50Hz干擾信號增加了。下面重新測量不同電壓下ADC平均數(shù)據(jù)的特性。對比，噪聲對于ADC的量化誤差的影響。

▲ 圖1.2.1 修改RC之后采集的數(shù)據(jù)

??測量150個數(shù)據(jù), ?QR10分壓電阻從 10k歐姆上升到 10.15k歐姆. ? 藍(lán)色數(shù)據(jù)線是512個數(shù)據(jù)平均結(jié)果, ?橙色則是一個AD采樣的結(jié)果.前面電壓逐步上升, 后面突然電壓的降低, 具體原因現(xiàn)在還不得而知. 下面對比之前噪聲小和現(xiàn)在噪聲大所測量的平均結(jié)果.

▲ 圖1.2.2 測量數(shù)據(jù)

??下面是兩次ADC測量的結(jié)果。青色數(shù)據(jù)是50Hz噪聲小的情況下測量的結(jié)果，橙色數(shù)據(jù)是50Hz 噪聲大的情況下測量的結(jié)果。我們先不管橙色數(shù)據(jù)后面的這段數(shù)值突降的情況，具體原因我現(xiàn)在還無法解釋。在輸入輸出噪聲比較小的時候，可以看到ADC的量化誤差對于數(shù)據(jù)造成的影響還是蠻大的。

而噪聲比較大的時候，測量的數(shù)據(jù)則表現(xiàn)為更好的測量線性，對應(yīng)的量化誤差明顯減少了。理論上，數(shù)據(jù)每經(jīng)過四倍的平均，就可以提高 一個 比特的 采樣量化分辨率。512個數(shù)據(jù) 大約提高了 4位半的 ADC分辨率。所以，在ADC位數(shù)比較小的時候，適當(dāng)增加輸入信號的噪聲幅度，有利于提高信號采樣的分辨率。

▲ 圖1.2.3 對比ADC平均結(jié)果

※ 總??結(jié) ※

本文對比了10位ADC在采樣數(shù)據(jù)平均運算時，數(shù)據(jù)中的噪聲會減少量化誤差帶來的影響。如果把輸入信號進行非常徹底的噪聲去除，則 ADC的量化誤差無法通過數(shù)據(jù)平均來消除。所以，水至清則無魚。風(fēng)浪越大，魚越貴。