想象一下您今早開車上班的路上：交通燈變綠，您立刻踩下油門，車在幾秒鐘內快速響應，繼續(xù)駛向公司。這個過程看似簡單，但實際上，車內卻發(fā)生了一系列的復雜操作。讓我們一起來看看吧。

當您踩下踏板時，電機將通過轉軸向車子提供必要的扭矩，隨后牽引電機驅動車輛前進。牽引電機（通常為三相同步電機）由復雜的電路控制，包括多個晶體管、電機驅動器，以及保護和反饋控制。反饋控制信號由電機位置傳感器（見圖1）以模擬角度輸出信號的形式發(fā)出（注意，所有現(xiàn)實世界的信號都是模擬的）。借助于模擬-數(shù)字轉換器（ADC），連續(xù)的模擬信號被轉換成數(shù)字域。理想的情況下，您可以將連續(xù)的模擬信號分解成無限數(shù)量的數(shù)位步進，但在現(xiàn)實世界中，ADC的模擬信號量化是有限的數(shù)量步進，而由此導致的誤差稱為量化誤差。這里便涉及到“精度”和“分辨率”這兩個術語。

圖1：車輛電機控制系統(tǒng)的典型系統(tǒng)框圖

精度

以12位軸角數(shù)字轉換器（RDC）為例。轉軸轉動一圈，轉換器輸出212 = 4096個數(shù)字碼。在電機控制中，步長通常以弧分或弧秒來定義。一度60分鐘，一轉360度。因此，一圈上有360&TImes;60 = 21600個弧分。由于存在4096個數(shù)字碼，所以每個分區(qū)以= 21600/4096，即5.27弧分為間隔。5.27弧分對應于一個最低有效位或1LSB。因此，即使輸入角度（連續(xù)信號）是100％準確的，輸出數(shù)字碼在下一個代碼前的移動也不能超過1LSB（或5.27弧分）。RDC在指定該精度值時會考慮偏移、增益和線性誤差因素。作為參考，無刷旋轉變壓器的典型精度規(guī)格為10弧分。整個解析裝置系統(tǒng)的典型誤差，加上傳感器和轉換誤差，大約為±15.273弧分（解析傳感器為10弧分，而我的示例中為+5.273弧分）。這些數(shù)字將有助于我們?yōu)橄到y(tǒng)選擇合適的傳感器解決方案。

分辨率

那么，分辨率是什么？“12位”分辨率是指360度角旋中212個不同的輸出碼。 實際分辨率只是RDC輸出端的可用位數(shù)；請注意，并不是所有位都是無噪聲的。有效分辨率是指在考慮到信號噪聲的情況下模擬數(shù)字轉換中的真正“有用”位。這些是有效位數(shù)（ENOB）。 ENOB經(jīng)常與產品數(shù)據(jù)表中所述的分辨率混淆。

1 LSB是什么意思？

到目前為止，我們已經(jīng)討論了精度和分辨率的定義。 現(xiàn)在，讓我們將這些知識應用到一個系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)中精度和分辨率通常以LSB為單位。您想知道系統(tǒng)環(huán)境中LSB的含義嗎？首先，我們來看一下電機控制領域中1 LSB相對弧分和度數(shù)的轉換值。 以下以12位和10位為例：

在12位中，1 LSB等于：

1LSB = 360 ÷ 212 = 0.087度= 5.27弧分= ±2.64弧分= ±0.04395度

同理，在10位中，1 LSB等于：

1LSB = 360 ÷ 210 = 0.351度= 21.09弧分= ±10.54弧分= ±0.1757度

結論

了解汽車操作背后的深層次原理是不是一件很有趣的事？精度和分辨率是為您的規(guī)格選擇合適的傳感解決方案的基礎。 當精度優(yōu)于分辨率時，轉換器的轉移函數(shù)可以通過分辨率位數(shù)實現(xiàn)精確控制。

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其他信息

閱讀模擬應用期刊文章“電動車輛中軸角數(shù)字轉換器的設計注意事項”。

要了解工業(yè)應用中解析器傳感的更多信息，請閱讀白皮書“工業(yè)解析器傳感應用的電氣設計注意事項”。

在本EDN文章系列的第一部分和第二部分了解更多關于電動汽車設計的信息。

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下載這些應用指南：

“PGA411-Q1 PCB設計指南”。

“PGA411-Q1故障排除指南”。

“PGA411-Q1軟件開發(fā)人員指南”。

“PGA411-Q1使用任意主系統(tǒng)進行分步初始化”。