曾經(jīng)深入研究過 A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)表嗎？這是一次冒險，即使對于具有模擬工程背景的人來說也是如此，對于許多來自數(shù)字和軟件背景的制造商來說，這可能會令人生畏。參數(shù)表有所幫助，但對于制造商而言，在選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器時，了解手頭的工作比篩選規(guī)格頁面更重要。

資料來源：佐治亞理工學(xué)院，通過優(yōu)達(dá)學(xué)城

通常在制造商的網(wǎng)站上，我們會看到許多類別的 A/D 轉(zhuǎn)換器，這表明產(chǎn)品已經(jīng)變得多么專業(yè)和優(yōu)化。除了一些獨特的情況外，我認(rèn)為制造商將遇到需要 A/D 轉(zhuǎn)換器的四種基本情況之一，因此優(yōu)化會有所幫助，因為這些部件中已經(jīng)設(shè)計了許多權(quán)衡。

　　困采樣

多年來基于微控制器的設(shè)計證明了一個久經(jīng)考驗的原則是“休眠”行為。當(dāng)采樣率非常慢（以秒甚至分鐘為單位）時，我們的想法是醒來，采樣并執(zhí)行計算和通信，然后盡快回到睡眠狀態(tài)。這種行為可以最大限度地降低功耗并延長電池壽命。

在這種情況下，請選擇一個轉(zhuǎn)換器，其位數(shù)應(yīng)盡可能少以表示輸入信號的范圍。例如，在設(shè)計氣象站時，8 位轉(zhuǎn)換器提供的范圍足以讀取最接近的溫度。更少的位意味著更短的轉(zhuǎn)換時間和更少的功耗。在可訪問的微控制器引腳上可能有一個片上 A/D 轉(zhuǎn)換器，從而完全不需要外部轉(zhuǎn)換器。

　　低速率采樣

輸出數(shù)據(jù)速率 （ODR） 可能高達(dá) 200 Hz 的更快傳感器需要考慮采樣問題。經(jīng)驗法則：采樣速度至少比所需數(shù)據(jù)快 2.5 倍。嚴(yán)格來說，Nyquist 說 2x 是最小值，但要增加一些余量。例如，如果火箭高度計在飛行中每 1/10 秒需要準(zhǔn)確讀數(shù)，請將采樣率設(shè)置為 25 Hz 或更快。

這里的想法是控制采樣率和分辨率位與功耗之間的權(quán)衡。有有效位數(shù)（ENOB）的想法。在嘈雜的環(huán)境中，如果不使用更強的過濾或過采樣，可能很難獲得超過 16 位的有用分辨率，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換時間和功耗朝錯誤的方向發(fā)展。

　　低噪聲、精密轉(zhuǎn)換

專業(yè)部件派上用場的領(lǐng)域之一是低噪聲、精密采樣。這些不是園藝品種；在轉(zhuǎn)換的每個階段都采取了降低噪聲的步驟，并且需要在電路板布局中小心謹(jǐn)慎，以免消除這些降低。在這里，信噪比 （SNR）、動態(tài)范圍（通常縮寫為 DNR）和總諧波失真 （THD） 等數(shù)字開始發(fā)揮作用。通常，這些部件具有高達(dá)每秒 100 萬個樣本 （MSPS） 的中等采樣率。

　　更快的信號分析

雷達(dá)設(shè)計和 5G 信號處理領(lǐng)域可能超出了大多數(shù)制造商會遇到的范圍，但有更常見的應(yīng)用可以滿足更快的部件需求。數(shù)百 MSPS 的采樣率使軟件定義無線電 （SDR） 和 DIY 示波器等應(yīng)用成為可能。

更快的采樣增加了低通濾波的重要性，以強烈拒絕高于 2 倍奈奎斯特頻率的東西，這可能會真正搞亂快速傅立葉變換 （FFT） 分析。它還對內(nèi)存吞吐量提出了更高的要求，并且可能需要使用 FIFO 來緩沖結(jié)果以在較慢的內(nèi)存總線上進行分析，這會增加系統(tǒng)成本。

　　完成工作

請注意，我們沒有比較各種 A/D 架構(gòu)——閃存、流水線、SAR 和 delta-sigma。這是有趣的東西，如果您真的對它們的工作方式感興趣，可以在Planet Analog 的其他地方閱讀大量有關(guān)它們的文章。

但我將在這里冒險：對于除尖端應(yīng)用之外的所有應(yīng)用，芯片制造商已經(jīng)完成了為其預(yù)期用途選擇和優(yōu)化架構(gòu)的大部分工作。例如，他們并沒有試圖使逐次逼近寄存器 （SAR） 設(shè)計適合遇到限制的更高采樣率應(yīng)用；他們正在針對中等采樣率優(yōu)化 SAR 架構(gòu)。

在大多數(shù)情況下，如果了解分辨率和采樣率，了解濾波和過采樣，以及在某些應(yīng)用中噪聲如何影響結(jié)果，制造商可以根據(jù)應(yīng)用快速縮小 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇范圍。

瀏覽數(shù)據(jù)表可能會提供信息，仔細(xì)研究編程模型（例如輪詢操作與自由運行采樣）有助于了解如何充分利用零件。還可以通過制造商站點在分線板上提供哪些 A/D 轉(zhuǎn)換器來指導(dǎo)選擇，這也使原型設(shè)計和軟件開發(fā)變得更加容易。

在 General Dynamics 從事導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)工作十年后，Don Dingee成為摩托羅拉 VMEbus 和單板計算機技術(shù)的布道者。

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