模数转换器资料中,“16位”很醒目,却不能单独回答一个测量结果离理想值有多近。TI 的技术文章 ADC Accuracy Part 1 专门回应过这一混淆:分辨率与准确度是两个不同概念,不能因为都在描述 ADC 性能,就把位数直接当成整个测量系统的准确程度。
可以先从理想转换关系理解分辨率。原文把理想 ADC 的输入输出关系描述为阶梯:模拟输入沿着范围变化,数字输出按一个个码值变化。阶梯有多细,与分辨率有关。这个图景说明数字表示怎样被划分,却没有自动交代实际电路会偏离理想关系多少。刻度分得细与读数足够准确,因此不是相互替代的判断。
接着看同一个直流输入。文章说明,在理想情况下,多次转换会得到相同的输出码;现实中的输出则可能散布在多个码上,分布宽度与系统噪声有关。这里的系统噪声不仅来自 ADC 本身,也包括参考和驱动电路的影响。输入没有被有意改成一串不同电压,输出仍可能呈现一簇不同数字。
这簇输出还存在另一个问题:它集中在哪里。如果它相对理想输出的位置发生偏移,就涉及文章所讨论的准确度。码值分散得有多宽,与整簇码相对理想位置偏离多少,是两个观察方向。只说“数据很稳定”而不看它是否接近所需的理想结果,也没有把这两个问题都回答完。
TI 随后把 ADC、前端驱动、参考及参考缓冲列为整体系统准确度的影响来源。由此理解规格时,器件标称位数与整个信号链的实际表现应当分开。某一元件具有较高分辨率,并不使其余环节的影响消失;反过来,讨论整体误差,也不应只靠改写该元件的位数来表示。
例如,资料甲仅写“使用16位 ADC”,资料乙另外给出某项测量的偏差记录。甲说明器件数字转换规格的一部分,乙才开始涉及特定测量结果的表现。两份材料可以互相补充,但不能把甲的位数原样复制到乙的准确度结论中。这是一个资料阅读例子,没有为任何实际系统计算误差预算。
这篇文章最初发表于2014年10月7日,页面注明2020年7月23日更新。它对概念的区分提醒读者:看到位数,先问数字表示如何划分;看到准确度,再问实际输出相对理想结果怎样偏离、对应什么系统条件。让两个问题各自得到证据,比把所有性能压缩成一个更大的位数更清楚。
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