AD转换器参考电压高低的作用

只看该作者 · 2013-8-29 19:16

本帖最后由 J-Link-MM 于 2013-8-29 22:11 编辑

想与大家一起讨论一下ADC参考电压的问题。
我觉得参考电压与分辨率是没有关系的，应该是ADC的位数决定它的分辨率。
那么精度呢？是不是参考电压越大，测试系统的精度就会得到提高？
觉得，参考电压越大，可以使得放大器的倍数变大。

比如，有一个0-20mv的输入信号，代表0-800KPa的压强值。放大50倍，最大达到1v，经过1.25V的偏移，送入2.5V参考电压12位的ADC，如果参考电压变为5V，对整个测量结果有什么影响？

AD前端的放大器倍数会随之调整，尽可能使800KPa 对应AD码值0FFF。（理论上）

只看该作者 · 2013-8-29 20:46

读出的AD结果变为2.5v参考电压时结果的一半

1万 · 2013-8-29 20:55

对精度会有影响

只看该作者 · 2013-8-29 21:07

如果没有前置处理的话决定了可输入电压的大小。

只看该作者 · 2013-8-29 21:11

本帖最后由 xuyaqi 于 2013-8-29 21:26 编辑

“比如，有一个0-20mv的输入信号，代表0-800KPa的压强值。放大50倍，最大达到1v，经过1.25V的偏移，送入2.5V参考电压12位的ADC，如果参考电压变为5V，对整个测量结果有什么影响？”答：AD分辨率降低。

只看该作者 · 2013-8-29 22:04

xyz549040622 发表于 2013-8-29 20:55
对精度会有影响

请问是怎样的影响呢？

如果刚好是800KPa 对应满量程电压5V，12位4096个码值，考虑到零点定到2.5V（单电源双向），
也就是一个码值代表压强值：800KPa/2048 = 0.39KPa，与2.5V参考电压时没区别。
只不过此时一个码值的电压由原来的 2.5V / 4096 = 0.61mv 变为 5V / 4096 = 1.22mv。
也许输入AD的电压范围变大，使得前端放大倍数可以变大。
但是还是想不出，精度会怎么变化。

能帮分析吗？

只看该作者 · 2013-8-29 22:06

xuyaqi 发表于 2013-8-29 21:07
如果没有前置处理的话决定了可输入电压的大小。

AD前端的放大器应该要将码值的区间尽可能用完。所以放大器的放大倍数可以变大。

只看该作者 · 2013-8-29 22:08

xuyaqi 发表于 2013-8-29 21:11
“比如，有一个0-20mv的输入信号，代表0-800KPa的压强值。放大50倍，最大达到1v，经过1.25V的偏移，送入2.5 ...

？？？？
AD分辨率还要变低？
不是吧。感觉分辨率应该是不会变的。（理论上）都是 800KPa/ 2^11 (考虑单电源双向)

不知，你感觉AD分辨率降低的原因何在，愿闻其详。

只看该作者 · 2013-8-29 22:09

if_for 发表于 2013-8-29 20:46
读出的AD结果变为2.5v参考电压时结果的一半

如果不修改放大器的放大倍数，应该是这样。但是那样会浪费码值区间，会降低分辨率的。

只看该作者 · 2013-8-29 22:16

根据撸主的描述应该是桥式应变片气压传感器，对于这个东西来说，ADC基准电压最好要跟传感器供电电压来自于同一个电源，这样子基准电压不需要准确，基准电压漂移了比如减小了，桥式传感器输出减小，而ADC基准也减小，结果是比例一致测试结果并没有漂移。市面上廉价电子称就是用这种方法来实现低成本高精度的。

只看该作者 · 2013-8-29 22:22

回楼上：我说的AD分辨率降低是单指ad改变基准电压，不牵扯前端放大，
原2.5v分辨率=2.5v/ 2^11 =1.221mv，
5v分辨率=5v / 2^11 =2.441mv
是否分辨率降低了。

只看该作者 · 2013-8-29 22:32

这位兄弟看来不懂的比较多，首先你要理解AD的概念，Analog to Digital，Digital并不能完全代表Analog，那代表着转换后不完全等于转换前，因此才有了分辨率的概念，他代表的是你能分辨的最小值，就像你眼睛或摄像头一样，有一个最小能分辨的能力。用一个10位的ADC来举例：如果VREF=2.5V，计算分辨率为2.5/(2的10次方) = 0.00244140625V，就是说如果有小于此值的电压在变，比如输入变化1mV，你AD的输出码值是不一定会变的，就是说你分辨不了这什值，那如果变化2.5mV呢？那你的AD输出码值一定会变！因为他大于你的分辨率

。如果VREF变大，那自己算吧。如果ADC内没有PGA那一般ADC的输入量程会与Vref相关（一般都是等于Vref），假如你的Vref由2.5V变为5V，分辨率变化由（2.5/(2的12次方)）0.0006103515625V变为5/(2的12次方)0.001220703125V，即变大一倍，由于你的放大倍数没变即输入还为0-1V，但此时1V仅为量程的1/5，而原来是量程的1/2.5，即输入一定，有效量程变小，这会导致你损失码值，损失多少自己思考吧

。

只看该作者 · 2013-8-29 23:01

xuyaqi 发表于 2013-8-29 22:22
回楼上：我说的AD分辨率降低是单指ad改变基准电压，不牵扯前端放大，
原2.5v分辨率=2.5v/ 2^11 =1.221mv，
...

嗯。放大器倍数随之调整了。

只看该作者 · 2013-8-29 23:05

haiyuan254 发表于 2013-8-29 22:32
这位兄弟看来不懂的比较多，首先你要理解AD的概念，Analog to Digital，Digital并不能完全代表Analog，那代 ...

再看下条件，调整放大器倍数，使得码值无损失的。理论上分辨率是一样的。实际的分辨率与你使用的码值长度有关的。对于一个码值的分辨电压，在前端放大器的作用下，是等同的吧。

只看该作者 · 2013-8-29 23:07

i55 发表于 2013-8-29 22:16
根据撸主的描述应该是桥式应变片气压传感器，对于这个东西来说，ADC基准电压最好要跟传感器供电电压来自于 ...

嗯，这一点非常好，值得借鉴。
不过基准电压到不了那么高。
桥的电源是10V的，而AD的最高基准电压只能到2.8V（MCU内部集成的）。

只看该作者 · 2013-8-29 23:07

还有其他的观点吗？

只看该作者 · 2013-8-29 23:18

提高参考电压可以提高信噪比。模拟电路有背底噪声，背底噪声包括1/f造成和热噪声。提高参考电压之后噪声功率没有变化，信号功率变大，因此信噪比提高。但是噪声和精度不是一个概念，不是噪声小精度就提高的。器件的温飘、时飘，有色噪声，热电势，间隙都影响精度。敲一下PCB板，ADC数就变了；电容上挂一块肉（用手碰），数就变了；PCB板面不干净，数也变。

只看该作者 · 2013-8-29 23:25

系统精度是取决多方面的因素，AD分辨率只是其中一个因素，AD参考电压高，留给放大电路的放大裕量也随之增大，即放大电路的放大倍数也可以增大，但放大了信号的同时，噪声也同样被放大，所以，提高系统精度的关键在于放大电路的消除或抑制噪声能力

只看该作者 · 2013-8-29 23:36

只看该作者 · 2013-8-30 08:44

参考电压高了，信号就可以放的尽量大一些，（后级）运放的失调、噪声的影响就变小。为了不浪费精度，信号的动态范围经过放大后最好尽量接近参考电压范围（当然留一点余量，一般5V的参考，上下各留0.2~0.3V，主要一是避免ADC在两端的特性不好的影响，二是信号过高或者过低能够测量出来并提供相关报警保护功能等）。

10楼所说的是一个技巧，即参考电压与电桥电压使用同一个，这样能抵消参考漂移带来的读数漂移。

分辨率提高，同时精度要求高的话，对信号处理的难度也变大，最主要的是小心漂移、噪声、带宽的影响。放大倍数变大，同样的放大电路，容易带宽降低，同时因为SR压摆率的影响，信号摆动到满幅所需要的时间边长，如果对响应速度有要求，那么就要考虑了。

分辨率与精度（位数线性度）、数值跳动（噪声）、数值漂移（温漂时漂）、速度（带宽压摆率）这些东西都是互相矛盾的东西，要根据实际应用综合考虑

AD转换器 参考电压高低的作用

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