分辨率和精度這兩個(gè)，經(jīng)常拿在一起說，才接觸的時(shí)候經(jīng)?；鞛橐徽?。對(duì)于ADC來說，這兩樣也是非常重要的參數(shù)，往往也決定了芯片價(jià)格，顯然，我們都清楚同一個(gè)系列，16位AD一般比12位AD價(jià)格貴，但是同樣是12位AD，不同廠商間又以什么參數(shù)區(qū)分性能呢?性能往往決定價(jià)格，那么什么參數(shù)對(duì)價(jià)格影響較大呢?不好意思，我其實(shí)還是有些迷惑的，但是看了下篇文章，至少知道“精度”是有很大影響力的。該篇文章主要解釋ADC分辨率和精度的區(qū)別，非常詳細(xì)且易懂，值得一看，全文如下：

最近做了一塊板子，當(dāng)然考慮到元器件的選型了，由于指標(biāo)中要求精度比較高，所以對(duì)于AD的選型很慎重。

很多人對(duì)于精度和分辨率的概念不清楚，這里我做一下總結(jié)，希望大家不要混淆。

我們搞電子開發(fā)的，經(jīng)常跟“精度”與“分辨率”打交道，這個(gè)問題不是三言兩語(yǔ)能搞得清楚的，在這里只作拋磚引玉了。

簡(jiǎn)單點(diǎn)說，“精度”是用來描述物理量的準(zhǔn)確程度的，而“分辨率”是用來描述刻度劃分的。從定義上看，這兩個(gè)量應(yīng)該是風(fēng)馬牛不相及的。(是不是有朋友感到愕然^_^)。很多賣傳感器的JS就是利用這一點(diǎn)來糊弄人的了。簡(jiǎn)單做個(gè)比喻：有這么一把常見的塑料尺(中學(xué)生用的那種)，它的量程是10厘米，上面有100個(gè)刻度，最小能讀出1毫米的有效值。那么我們就說這把尺子的分辨率是1毫米，或者量程的1%;而它的實(shí)際精度就不得而知了(算是0.1毫米吧)。當(dāng)我們用火來烤一下它，并且把它拉長(zhǎng)一段，然后再考察一下它。我們不難發(fā)現(xiàn)，它還有有100個(gè)刻度，它的“分辨率”還是1毫米，跟原來一樣!然而，您還會(huì)認(rèn)為它的精度還是原來的0.1毫米么?(這個(gè)例子是引用網(wǎng)上的，個(gè)人覺得比喻的很形象!)

回到電子技術(shù)上，我們考察一個(gè)常用的數(shù)字溫度傳感器：AD7416。供應(yīng)商只是大肆宣揚(yáng)它有10位的AD，分辨率是1/1024。那么，很多人就會(huì)這么欣喜：哇塞，如果測(cè)量溫度0-100攝氏度，100/1024……約等于0.098攝氏度!這么高的精度，足夠用了。但是我們?nèi)g覽一下AD7416的數(shù)據(jù)手冊(cè)，居然發(fā)現(xiàn)里面赫然寫著：測(cè)量精度0.25攝氏度!所以說分辨率跟精度完全是兩回事，在這個(gè)溫度傳感器里，只要你愿意，你甚至可以用一個(gè)14位的AD，獲得1/16384的分辨率，但是測(cè)量值的精度還是0.25攝氏度^_^

所以很多朋友一談到精度，馬上就和分辨率聯(lián)系起來了，包括有些項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，只會(huì)在那里說：這個(gè)系統(tǒng)精度要求很高啊，你們AD的位數(shù)至少要多少多少啊……

其實(shí)，仔細(xì)瀏覽一下AD的數(shù)據(jù)手冊(cè)，會(huì)發(fā)現(xiàn)跟精度有關(guān)的有兩個(gè)很重要的指標(biāo)：DNL和INL。似乎知道這兩個(gè)指標(biāo)的朋友并不多，所以在這里很有必要解釋一下。

DNL：Differencial NonLiner——微分非線性度

INL：Interger NonLiner——積分非線性度(精度主要用這個(gè)值來表示)

他表示了ADC器件在所有的數(shù)值點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的模擬值，和真實(shí)值之間誤差最大的那一點(diǎn)的誤差值。也就是，輸出數(shù)值偏離線性最大的距離。單位是LSB(即最低位所表示的量)。

當(dāng)然，像有的AD如△—∑系列的AD，也用Linearity error 來表示精度。

為什么有的AD很貴，就是因?yàn)镮NL很低。分辨率同為12bit的兩個(gè)ADC，一個(gè)INL=±3LSB，而一個(gè)做到了±1.5LSB，那么他們的價(jià)格可能相差一倍。分辨率和精度—即Resolution和Accuracy。這是兩個(gè)不同的參數(shù)，卻經(jīng)常被混用。并且ADC制造商在數(shù)據(jù)手冊(cè)中定義ADC性能的方式也令人困惑，可能會(huì)讓大家在應(yīng)用開發(fā)中導(dǎo)致錯(cuò)誤的推斷。但事實(shí)上，分辨率并不能代表精確度，反之亦然。

分辨率和精度

分辨率

分辨率(Resolution)是指ADC能夠分辨量化的最小信號(hào)的能力，用二進(jìn)制位數(shù)表示。

比如：一個(gè)10位的ADC，其所能分辨的最小量化電平為參考電平(滿量程)的2的10次方分之一。即分辨率越高，就可以將滿量程里的電平分出更多份數(shù)，得到的結(jié)果就越精確，得到的數(shù)字信號(hào)再用DAC轉(zhuǎn)換回去后就越接近原來輸入的模擬值。

所以，對(duì)于給定的一個(gè)具體ADC器件，其分辨率值是固定的。

精度

精度(Precision)是指對(duì)于給定模擬輸入，實(shí)際數(shù)字輸出與理論預(yù)期數(shù)字輸出之間的接近度(誤差值是多少)。換而言之，轉(zhuǎn)換器的精度決定了數(shù)字輸出代碼中有多少個(gè)比特表示有關(guān)輸入信號(hào)的有用信息。

有些ADC器件的datasheet中，會(huì)注明精度值或精度范圍。

對(duì)于給定的一個(gè)具體ADC器件，其精度值可能會(huì)受外界環(huán)境(溫度、干擾等)的影響而變化。

ADC的動(dòng)態(tài)范圍精確度和分辨率

動(dòng)態(tài)范圍被定義為系統(tǒng)可測(cè)量到的最小和最大信號(hào)的比例。

最大信號(hào)可為峰間值，零到峰(Zero-to-Peak)值或均方根(RMS)滿量程。其中任何一個(gè)都會(huì)給出不同值。例如，對(duì)于一個(gè)1V正弦波來說：峰間(滿量程)值=2V 零到峰值=1V

RMS滿量程=0.707×峰值振幅=0.707×1V=0.707V

最小信號(hào)通常為RMS噪聲，這是在未應(yīng)用信號(hào)時(shí)測(cè)量的信號(hào)的均方根值。測(cè)量得到的RMS噪聲級(jí)別將取決于測(cè)量時(shí)使用的帶寬。每當(dāng)帶寬翻倍，記錄的噪聲將增長(zhǎng)1.41或3dB。

因此，一定要注意動(dòng)態(tài)范圍數(shù)字始終與某個(gè)帶寬相關(guān)，而后者通常未被指定，這使記錄的值變得沒有意義。 器件的信噪比(SNR)和動(dòng)態(tài)范圍多數(shù)時(shí)候被定義為同一個(gè)值，即：動(dòng)態(tài)范圍 =SNR=RMS滿量程/RMS噪聲 并且經(jīng)常使用dB作為單位，即動(dòng)態(tài)范圍(dB) = SNR(dB) = 20*Log10 (RMS滿量程/RMS噪聲)

與使用RMS滿量程相反，一些制造商為了使圖表看上去更漂亮，引用零到峰或峰間值，這使得最終的動(dòng)態(tài)范圍或SNR增加了3dB或9dB，因此我們需要仔細(xì)研究規(guī)范以避免誤解。

ADC分辨率由數(shù)字化輸入信號(hào)時(shí)所使用的比特?cái)?shù)決定。對(duì)于16位器件，總電壓范圍被表示為(216 =65536)個(gè)獨(dú)立的數(shù)字值或輸出代碼。因此，系統(tǒng)可以測(cè)量的絕對(duì)最小電平表示為1比特，或ADC電壓范圍的1/65536。

如前所述，對(duì)于16位ADC分辨率，由于出現(xiàn)內(nèi)部或外部誤差源，實(shí)際的精確度可能遠(yuǎn)小于分辨率。因此，舉例而言，一個(gè)給定的16位ADC可能只能提供12位的精確度。對(duì)于這種情況，4LSb(最低有效位)表示ADC中生成的隨機(jī)噪聲。ADC動(dòng)態(tài)范圍和ADC精確度通常指相同的內(nèi)容。

理想ADC生成一個(gè)數(shù)字輸出代碼，是關(guān)于模擬信號(hào)電壓和電壓參考輸入的方程，其中

輸出代碼 = 滿量程電壓 × [VIN+ - VIN-] / [VREF+ - VREF-]

= 滿量程電壓 × [VIN /VREF]

每個(gè)數(shù)字輸出代碼表示參考電壓的一個(gè)小數(shù)值。

必須注意，ADC動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)當(dāng)匹配將要轉(zhuǎn)換的信號(hào)的最大振幅，這樣才能使ADC轉(zhuǎn)換精度最大化?，F(xiàn)在假設(shè)將要轉(zhuǎn)換的信號(hào)在0V到2.5V間變化，而VREF等于3.3V。

16位ADC將包括216 = 65536個(gè)步驟或轉(zhuǎn)換，且最低有效位(LSB)=VREF/65536=3.3V/65536=50.35uV。對(duì)于理想的ADC，所有代碼都具有1LSB的相同寬度。

如果ADC的最大信號(hào)值為2.5V，那么意味著總共有49652次轉(zhuǎn)換(2.5V/1LSB)。對(duì)于這種情況，將有15884次轉(zhuǎn)換未被使用(65536-49652=15884)。這反應(yīng)了轉(zhuǎn)換后的信號(hào)精確度損失或ENOB(有效位數(shù))損失(損失0.4位)。如果ADC參考(VREF)和ADC最大信號(hào)電平之間的差異增加，那么ENOB損失或精確度損失將加劇。例如，如果ADC最大信號(hào)電平為1.2V且VREF=3.3V，那么ENOB損失將為1.5位。因此ADC動(dòng)態(tài)范圍一定要匹配最大信號(hào)振幅，以獲得最高精確度。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)宣稱具有“n”位分辨率，這常常被誤解為精確度。分辨率和精確度完全是兩個(gè)概念，兩者不能混用。應(yīng)該由具體的應(yīng)用來確定是否允許丟失代碼以及所需ADC精確度。