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

資料來(lái)源：佐治亞理工學(xué)院，通過(guò)優(yōu)達(dá)學(xué)城

通常在制造商的網(wǎng)站上，我們會(huì)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(dú)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(huì)有所幫助，因?yàn)檫@些部件中已經(jīng)設(shè)計(jì)了許多權(quán)衡。

　　困采樣

多年來(lái)基于微控制器的設(shè)計(jì)證明了一個(gè)久經(jīng)考驗(yàn)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(shí)，我們的想法是醒來(lái)，采樣并執(zhí)行計(jì)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(zhǎng)電池壽命。

在這種情況下，請(qǐng)選擇一個(gè)轉(zhuǎn)換器，其位數(shù)應(yīng)盡可能少以表示輸入信號(hào)的范圍。例如，在設(shè)計(jì)氣象站時(shí)，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(shí)間和更少的功耗。在可訪問(wèn)的微控制器引腳上可能有一個(gè)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(wèn)題。經(jīng)驗(yàn)法則：采樣速度至少比所需數(shù)據(jù)快 2.5 倍。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，Nyquist 說(shuō) 2x 是最小值，但要增加一些余量。例如，如果火箭高度計(jì)在飛行中每 1/10 秒需要準(zhǔn)確讀數(shù)，請(qǐng)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(qiáng)的過(guò)濾或過(guò)采樣，可能很難獲得超過(guò) 16 位的有用分辨率，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換時(shí)間和功耗朝錯(cuò)誤的方向發(fā)展。

　　低噪聲、精密轉(zhuǎn)換

專業(yè)部件派上用場(chǎng)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(gè)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(dòng)態(tài)范圍（通常縮寫為 DNR）和總諧波失真 （THD） 等數(shù)字開(kāi)始發(fā)揮作用。通常，這些部件具有高達(dá)每秒 100 萬(wàn)個(gè)樣本 （MSPS） 的中等采樣率。

　　更快的信號(hào)分析

雷達(dá)設(shè)計(jì)和 5G 信號(hào)處理領(lǐng)域可能超出了大多數(shù)制造商會(huì)遇到的范圍，但有更常見(jiàn)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(wú)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(qiáng)烈拒絕高于 2 倍奈奎斯特頻率的東西，這可能會(huì)真正搞亂快速傅立葉變換 （FFT） 分析。它還對(duì)內(nèi)存吞吐量提出了更高的要求，并且可能需要使用 FIFO 來(lái)緩沖結(jié)果以在較慢的內(nèi)存總線上進(jìn)行分析，這會(huì)增加系統(tǒng)成本。

　　完成工作

請(qǐng)注意，我們沒(méi)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(duì)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(xiǎn)：對(duì)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(méi)有試圖使逐次逼近寄存器 （SAR） 設(shè)計(jì)適合遇到限制的更高采樣率應(yīng)用；他們正在針對(duì)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(guò)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(huì)提供信息，仔細(xì)研究編程模型（例如輪詢操作與自由運(yùn)行采樣）有助于了解如何充分利用零件。還可以通過(guò)制造商站點(diǎn)在分線板上提供哪些 A/D 轉(zhuǎn)換器來(lái)指導(dǎo)選擇，這也使原型設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)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(jì)算機(jī)技術(shù)的布道者。

編輯：hfy