模数转换器的选用
OHY 2006-12-09
1、转换速度和采样频率
这里所说的转换速度是指一次采样到完成该次采样数据的转换并输出所需要的时间（即转换时间）。大多数ADC是采样一次，转换一次，数据输出一次，因此最高采样频率和数据输出速率均等于转换时间的倒数（这里忽略了采样和输出的时间）。也就是说转换速度、采样频率和数据输出许率三者是统一的。
但是，对于某些ADC来说，这三个不同的概念有着明显的差别。具有分级流水线结构的ADC在进行第二级转换同时，第一级转换器已经进入下一次采样，而最后一级转换器正转换若干时间前采样的数据，并输出最终的转换结果。因此其最高采样频率和数据输出率可能高于转换速度的几倍，但输出的数据是滞后的，滞后量的大小与流水线的级数有关。
DELTA-SIGMA型ADC是一种过采样技术的1位ADC（锁存比较器），输出数据是一串经过数字滤波的位流，转换是在不停地采样、不停地输出的过程中连续进行的。与双积分型ADC相比较，DELTA-SIGMA转换器有较高的采样频率和数据输出速率，能够满足连续变化的生产过程量和音频信号的快速过采样。但是，这不等于DELTA-SIGMA型ADC具备较高的转换速度，它在响应阶跃输入电压时需要较长的建立时间，输出数据将有明显的滞后。例如，AD7701的采样频率为16K，数据输出速率为4K，但AD7701响应阶跃输入电压的建立时间长达125ms。因此DELTA-SIGMA型ADC不适合用于多通道的数据采集系统，这时因为当通道切换时，模拟输入电压是阶跃的，这时需要等待足够长的建立时间后才能读取输出数据，这样使有效的采样频率大大降低了。
2、转换分辨率和转换精度
分辨率表示ADC在转换中所能区分的最小单位，常用1LSB的步长表示，称n位ADC的分辨率为2的n次方分之一，习惯上也称它具有n位分辨率。精度使指ADC产生各输出代码所需的模拟量实际值与理论值之间的误差，它包括量化误差、零位误差、增益误差、积分线性误差、微分线性误差、温度漂移等在内的总误差。
量化误差与分辨率直接相关，理想ADC的量化误差为＋－1/2LSB，因此高精度的ADC不可能是低分辨率，但是高分辨率的ADC不一定具有高精度，还必须考虑其他的各项误差。零位误差和增益误差通常可以通过外部电路的调整被减到足够低的程度，大多数ADC的微分线性误差不大于1LSB（也就是不失码），因此对一个模数转换器的转换精度所需要考虑的主要因素是积分线性误差。
某些模数转换器具有良好的积分线性度，积分线性误差小到＋－1/2LSB到1LSB，与其分辨率相当，例如，AD7701具有16位分辨率，其积分线性误差为满度范围的0.0015％，相当于16位的1LSB。但是也有一些ADC的积分线性度远不如其分辨率，例如，AD7705虽然也有16位分辨率，但是其积分线性误差位满度范围的0.012％，相当于16位的8LSB，或者说仅仅到达13位的精度，那么这样的ADC最低3位还有意义吗？还能称之为16位ADC吗？问题在于用于什么用途。对于数字仪表和数据采集系统等用途来说，人们关心的是对模拟信号的测量误差，因此ADC的精度和分辨率同等重要。但是对于另外一些应用场合（如音频信号处理），主要关心的是信号动态范围和信噪比。动态范围是指转换器能分辨的最大信号与最小信号之比，这与分辨率直接相关。信噪比中最基本的又无法消除的噪声是量化噪声，量化噪声又是与分辨率直接相关的。因此，在这样的应用场合，使用高分辨率的ADC，目的是为了获得大的动态范围和高的信噪比。模数转换是对连续的模拟信号进行离散化的过程，分辨率反映了离散信号的连续感，分辨率越高，就越接近连续信号。在反馈控制系统中，对信号变化的连续性要求通常高于对精度的要求，因此对ADC的分辨率要求常常高于对精度的要求。
3、其他的性能指标
模数转换器涉及性能指标很多，当选用ADC时，在首先满足转换速度、分辨率和精度的条件下，还应该认真考虑其他各项性能指标，例如模拟输入电压的范围、极性、输入电阻等，但是相对来说，这些因素容易有补救措施，例如模拟电压的范围可以通过放大、衰减、极性偏置等办法使模拟信号与ADC相匹配。对于视频、压频等应用场合还应该考虑信噪比、总谐波失真等各动态性能指标。此外，从系统整体性能考虑还应该注意输出接口方式、电源电压和功耗等。
