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運用基礎原理控制ADC轉換範圍
 

【作者: Microchip】   2008年02月03日 星期日

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設計工程師可以運用一個高解析度類比數位轉換器,來簡化或消除系統中大多數的敏感類比前端電路。這聽起來似乎很理想化,但請想像單一電源訊號路徑的例子,這個電路用來量測控制器的壓力,該路徑的電子部份,從一個壓力感測器開始,訊號經過一個儀器放大器(增益階段包括一個參考電壓),以及一個五階類比低通濾波器(像是兩個運算放大器的降噪階段),並透過一個10位元或12位元的ADC進行數位化,最後送到微控制器。在微控制器或處理器中,執行程式碼,校正資料並減少誤差。哇!您能一口氣說完這段程序嗎? 整個訊號路徑至少需要7個主動元件。



《圖一 利用修正後的偏移與增益誤差公式來區隔出ADC可用的輸出碼範圍》
《圖一 利用修正後的偏移與增益誤差公式來區隔出ADC可用的輸出碼範圍》

這是相當冗長的流程,尤其當考慮使用高解析度轉換器作為替代方案,像是24位元的sigma-delta轉換器(Σ-Δ converter)等。使用sigma-delta轉換器之前,唯一需要的外部電路就是壓力感測器及一些一階R/C濾波器。這是個很好的策略,可成功減少雜訊以及sigma-delta轉換器的佈線誤差,也可以校正系統偏移與增益誤差,並把12位元的轉換範圍送回到控制器或處理器。


一般而言,工程師可針對000h與001h的數值轉換範圍(code transition)內,調整24位元轉換器的偏移誤差。由於轉換器有一些轉換雜訊,必須對這個轉移區域進行多次的取樣,才能確定轉換電壓。之後可利用以下公式,快速去除轉換器的偏移誤差:


《公式一》
《公式一》

這個公式是個很好的起點。再此可把它轉換成有用的形式,在ADC轉換函數中的任何點執行,可參考圖一。


《公式二》
《公式二》

利用這個新的偏移誤差公式,可利用控制器將電位轉移套到輸出資料。從此時開始,工程師可以計算特定部份的增益誤差。計算ADC整個範圍增益誤差的公式為:



《公式三》
《公式三》

若針對有興趣的部份來修訂上述增益誤差公式,就會變成:



《公式四》
《公式四》

工程師可把上述的偏移與增益公式,套用到任何ADC的輸出資料,不受轉換器解析度的限制。高解析度的ADC會消除放大器的增益階段、高階的濾波器階段、以及電位轉換電路,原理就是利用數百種以上的輸出值。再利用上述的偏移與增益公式,可使用控制器或處理器運算資源,集中在和所設計的應用有關的轉換功能上。


---本文由Microchip Technology提供---


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