了解 ADC 性能，尤其是當(dāng)它與系統(tǒng)要求相關(guān)時(shí)，并不總是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)。舉個(gè)例子，一位客戶(hù)為他們的一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)了一個(gè)他們認(rèn)為簡(jiǎn)單的低端測(cè)試系統(tǒng)?？蛻?hù)需要開(kāi)發(fā)精度為 1% 的測(cè)試系統(tǒng)，因此決定使用與他們的 MCU 集成的 12 位分辨率 ADC。使用集成 ADC 的原因是它們有足夠的余量來(lái)滿(mǎn)足 12 位 ADC 的精度要求。事實(shí)證明，這不是一個(gè)正確的評(píng)估。他們的第一個(gè)錯(cuò)誤是他們不了解如何正確評(píng)估所需的準(zhǔn)確性。

由于系統(tǒng)水平測(cè)量的不準(zhǔn)確，他們測(cè)試系統(tǒng)的初始制造運(yùn)行顯示出 2% 的廢品率。這使他們走上了升級(jí) MCU 的道路，這樣他們就可以實(shí)施額外的數(shù)字處理來(lái)提高系統(tǒng)精度。這是他們的第二個(gè)錯(cuò)誤。他們錯(cuò)誤地診斷了 2% 拒絕率的根本原因，并通過(guò)應(yīng)用額外的數(shù)字處理加劇了他們的第一個(gè)錯(cuò)誤。結(jié)果是他們的下一次生產(chǎn)運(yùn)行的廢品率高達(dá) 5%，并且具有更高的可變性。

客戶(hù)如何設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，但他們認(rèn)為自己的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了他們的需要，卻失敗了？客戶(hù)未能解釋 ADC 的關(guān)鍵規(guī)格并將其應(yīng)用于所需的系統(tǒng)要求。

讓我們回顧一下決策過(guò)程，以評(píng)估他們?nèi)绾卧谶@種情況下結(jié)束?？蛻?hù)犯的第一個(gè)錯(cuò)誤是將分辨率與精度和準(zhǔn)確度混淆，這是一個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò)誤。第二個(gè)錯(cuò)誤是未能確定導(dǎo)致高廢品率的真正錯(cuò)誤來(lái)源。這反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致了進(jìn)一步提高廢品率的解決方案。

ADC分辨率

分辨率是 ADC 的第一個(gè)也是最廣泛搜索的參數(shù)?？蛻?hù)查看 ADC 分辨率并假設(shè)它與 ADC 的準(zhǔn)確度和精度相匹配。問(wèn)題是分辨率、精度和準(zhǔn)確度并不總是相關(guān)的——并且在給定的 ADC 上可能會(huì)有很大差異。

ADC 的分辨率僅指 ADC 輸出的位數(shù)或代碼數(shù)。它不會(huì)對(duì)來(lái)自 ADC 的數(shù)據(jù)的精確度或準(zhǔn)確度給出定性指示。

并非所有 12 位 ADC 都生而平等。您必須深入挖掘以了解 ADC 提供的性能。

這可以通過(guò)查看分辨率的定性指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如有效分辨率（位）、有效位數(shù) (ENOB) 和噪聲（伏特）。這些屬性用于以略有不同的方式定義分辨率。

考慮到 ADC 相對(duì)于滿(mǎn)量程輸入的噪聲，有效分辨率只是可用的 ADC 分辨率。有效分辨率通常用作定性品質(zhì)因數(shù)來(lái)指示 DC RMS（均方根）噪聲的影響，即與平均值相差一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差的 ADC 讀數(shù)。例如，如果您從 12 位 ADC 獲取 100 個(gè)讀數(shù)，并計(jì)算 100 個(gè)讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為 2 位，則 ADC 的有效分辨率為 10 位。

ENOB 類(lèi)似于有效分辨率，但它是 AC RMS 噪聲（以比特為單位）的定性品質(zhì)因數(shù)。

噪聲是表示 ADC 有效分辨率的另一種方式，但它以伏特為單位進(jìn)行量化。

在嘗試根據(jù)參考輸入的信號(hào)來(lái)比較 ADC 的性能時(shí)，噪聲很有用，而在嘗試了解 ADC 的噪聲時(shí)，位很有用，因?yàn)樗c ADC 的滿(mǎn)量程代碼范圍有關(guān)。例如，讓我們比較一個(gè) 12 位有效分辨率的 ADC 和一個(gè) 10 位有效分辨率的 ADC。具有 12 位有效分辨率的 ADC 的滿(mǎn)量程范圍為 5 V，輸入?yún)⒖荚肼暈?(5V/2^12) = 1.2mV。具有 10 位有效分辨率的 ADC 的滿(mǎn)量程范圍為 1V，輸入?yún)⒖荚肼暈?(1V/2^10) = 0.98mV。12 位有效分辨率 ADC 具有更高的輸入?yún)⒖荚肼?，因此最?RMS 精度為 1.2mV，但它具有更寬的輸入范圍。10 位有效分辨率具有較低的輸入?yún)⒖荚肼?，但具有較小的輸入范圍。

哪個(gè)ADC更好？答案取決于您的應(yīng)用需求。

精確

精度是測(cè)量被一致再現(xiàn)的能力，或者換句話(huà)說(shuō)，是測(cè)量的可重復(fù)性。您的測(cè)量精度越高，您就越能辨別出細(xì)微的差異。高精度是好的。

準(zhǔn)確性

準(zhǔn)確度是測(cè)量與被測(cè)量的實(shí)際值相匹配的能力。嘗試測(cè)量特定值時(shí)需要它。高精度非常好。

哪個(gè)更重要——精度還是準(zhǔn)確度？

假設(shè)我買(mǎi)了一套箭，然后去射箭場(chǎng)使用三個(gè)系統(tǒng)來(lái)證明精度和準(zhǔn)確性。

圖 1 顯示了系統(tǒng) 1，它是一個(gè)精確系統(tǒng)的示例。請(qǐng)注意，箭頭是緊密分組的，這表明發(fā)射箭頭的方法具有很高的可重復(fù)性。然而，它們并沒(méi)有接近靶心的預(yù)定目標(biāo)，這意味著發(fā)射器或箭頭的性能不具備準(zhǔn)確性。

圖 2 顯示了系統(tǒng) 2，這是一個(gè)精確、準(zhǔn)確的系統(tǒng)示例。再次注意箭頭是緊密分組的，這表明發(fā)射箭頭的方法是非?？芍貜?fù)的。另請(qǐng)注意，它們?cè)诎行纳戏纸M，這表明準(zhǔn)確性很高。

圖 3 顯示了系統(tǒng) 3，這是一個(gè)既不精確也不準(zhǔn)確的系統(tǒng)示例。沒(méi)有緊密的箭頭分組并且精度低。

精度和準(zhǔn)確度哪個(gè)更重要？

要回答這個(gè)問(wèn)題，讓我們?cè)倏纯催@三個(gè)系統(tǒng)。

如果一個(gè)月后制造了一套新的箭并且我在射箭場(chǎng)使用它們會(huì)怎樣？我希望系統(tǒng) 1 中的分組保持緊密，但由于新箭頭與舊箭頭不同，分組可能已移動(dòng)到目標(biāo)上的不同位置。我還希望系統(tǒng) 2 和系統(tǒng) 3 中的分組與以前保持一致。

如果第二天射箭場(chǎng)的溫度、濕度或風(fēng)改變方向會(huì)怎樣？同樣，我希望系統(tǒng) 1 中的分組保持緊密，但分組將移動(dòng)到目標(biāo)上的不同位置。此外，我希望系統(tǒng) 2 和系統(tǒng) 3 中的分組與以前保持一致。

如果我每天在不斷變化的環(huán)境條件下發(fā)射一組新制造的箭，會(huì)發(fā)生什么？大約 30 天后，系統(tǒng) 2 的外觀將與第一天相同，但系統(tǒng) 1 和系統(tǒng) 3 的外觀將開(kāi)始相同。隨著時(shí)間的推移，一個(gè)沒(méi)有精度的精密系統(tǒng)開(kāi)始看起來(lái)像一個(gè)既沒(méi)有精度也沒(méi)有準(zhǔn)確度的系統(tǒng)，因?yàn)榫葧?huì)根據(jù)內(nèi)部變化（制造）和外部變化（環(huán)境）而變化。

這就是文章開(kāi)頭示例中客戶(hù)發(fā)生的情況。他們認(rèn)為他們有準(zhǔn)確性，但意識(shí)到他們沒(méi)有。然后他們?cè)噲D提高精度以進(jìn)行補(bǔ)償，但系統(tǒng)發(fā)生了變化，因此他們失去了精度和準(zhǔn)確度，不得不重新設(shè)計(jì)他們的系統(tǒng)。

現(xiàn)在我們對(duì)分辨率、精度和準(zhǔn)確度有了很好的理解，我們可以將這種理解應(yīng)用到我們的 ADC 中。在第二部分中，我們將繼續(xù)探索客戶(hù)示例，以了解定義精度和準(zhǔn)確度的 ADC 參數(shù)。這最終將使我們能夠達(dá)到滿(mǎn)足我們要求的系統(tǒng)精度。