设计工程师可以运用一个高解析度类比数位转换器,来简化或消除系统中大多数的敏感类比前端电路。这听起来似乎很理想化,但请想像单一电源讯号路径的例子,这个电路用来量测控制器的压力,该路径的电子部份,从一个压力感测器开始,讯号经过一个仪器放大器(增益阶段包括一个参考电压),以及一个五阶类比低通滤波器(像是两个运算放大器的降噪阶段),并透过一个10位元或12位元的ADC进行数位化,最后送到微控制器。在微控制器或处理器中,执行程式码,校正资料并减少误差。哇!您能一口气说完这段程序吗? 整个讯号路径至少需要7个主动元件。
《图一 利用修正后的偏移与增益误差公式来区隔出ADC可用的输出码范围》 |
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这是相当冗长的流程,尤其当考虑使用高解析度转换器作为替代方案,像是24位元的sigma-delta转换器(Σ-Δ converter)等。使用sigma-delta转换器之前,唯一需要的外部电路就是压力感测器及一些一阶R/C滤波器。这是个很好的策略,可成功减少杂讯以及sigma-delta转换器的布线误差,也可以校正系统偏移与增益误差,并把12位元的转换范围送回到控制器或处理器。
一般而言,工程师可针对000h与001h的数值转换范围(code transition)内,调整24位元转换器的偏移误差。由于转换器有一些转换杂讯,必须对这个转移区域进行多次的取样,才能确定转换电压。之后可利用以下公式,快速去除转换器的偏移误差:
这个公式是个很好的起点。在此可把它转换成有用的形式,在ADC转换函数中的任何点执行,可参考图一。
利用这个新的偏移误差公式,可利用控制器将电位转移套到输出资料。从此时开始,工程师可以计算特定部份的增益误差。计算ADC整个范围增益误差的公式为:
若针对有兴趣的部分来修订上述增益误差公式,就会变成:
工程师可把上述的偏移与增益公式,套用到任何ADC的输出资料,不受转换器解析度的限制。高解析度的ADC会消除放大器的增益阶段、高阶的滤波器阶段、以及电位转换电路,原理就是利用数百种以上的输出值。再利用上述的偏移与增益公式,可使用控制器或处理器运算资源,集中在和所设计的应用有关的转换功能上。
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