應用示例

　　我們通過一些例子來說明這些參數(shù)在某些典型應用中的具體含義。

　　簡單來說，數(shù)碼相機的動態(tài)范圍就是圖像傳感器的一個像素生成的可檢測到的最亮和最暗值的范圍，使用比特作為單位。ADC的最小比特率（分辨率）由圖像傳感器的動態(tài)范圍（精確度）決定。舉例而言，如果傳感器的動態(tài)范圍為1000：1（也可以稱為60dB），那么ADC應當至少為10位（2^10＝1，024分立電平） 才能避免信息損失。然而，在實際中，應當將ADC往高指定為12位，以允許ADC具有一定的容錯裕量。 只因為相機具有12位或16位的ADC就宣稱它具有12位動態(tài)范圍會令人誤解，因為噪聲以及用于產(chǎn)生這個動態(tài)范圍的像素井的容量沒有被考慮在內(nèi)。

　　因此，綜上所述，只有傳感器本身具有足夠的動態(tài)范圍時上述描述才成立。色調(diào)范圍和動態(tài)范圍永遠也不會超過傳感器的動態(tài)范圍。因此必須要清楚相機的實際動態(tài)范圍。本節(jié)內(nèi)容解釋了具有12位動態(tài)范圍的相機并不表示相機有一個12位的ADC。

　　b）電阻溫度計

　　電阻溫度計（RTD）利用了某些材料在不同溫度下電阻會發(fā)生可預測的變化這一原理。電阻溫度計通常使用鉑制成，并且具有以下特征： 0oC時的傳感器電阻＝100ohm

　　電阻變化/ oC＝0.385ohm（歐洲基本區(qū)間） 激活傳感器的感應電流＝1mA 溫度范圍 ＝ 0至500oC

　　注意，電阻溫度計需要通過大約1mA的弱電流來確定電阻。1°C的溫度變化會引起0.385 ohm的電阻變化，因此即使一個小的電阻測量錯誤也會引起很大的溫度測量誤差。

　　電阻溫度計需要檢測到0.1oC的溫度變化，這將成為系統(tǒng)在0至500 oC之間的LSB。電阻在這個范圍的對應變化幅度將為192.5ohm。對于這個變化幅度，該范圍下的電壓將為192.5mV。 現(xiàn)在，動態(tài)范圍 ＝ 滿量程電壓/LSB大小 ＝ 192.5mV/38.5uV ＝ 5000

　　要滿足這一要求，13位ADC應當已經(jīng)夠用。

　　注意，由于整個RTD傳感器的電壓范圍為100mV到292.5mV且LSB大小足夠低到可由任何SAR ADC分辨，您將需要一個增益放大器來在ADC可以實際支持的范圍內(nèi)增大這個范圍。假設我們使用一個固定增益為17的增益放大器。通過使用這個增益放大器，電壓將從1.7V增加到4.92V。正如前面所解釋的一樣［如圖 2所示］，在這個輸出電壓范圍內(nèi)您的ADC將不能夠得到充分利用，因此將限制動態(tài)范圍。

　　由于我們在這個應用中最關心的是LSB大小（RTD傳感器應當能夠使用0.1oC的溫度變化進行響應），并且假設典型ADC具有5V的滿量程電壓，因此您將需要一個轉(zhuǎn)換器，其中 ENOB（有效位數(shù)） ＝ 1.44ln（滿量程/LSB） ＝1.44ln（5V/38.5uV） ≈17位（近似值）

　　一個Δ ADC應當能夠提供這種性能。 注意，13位應用并不總是需要13位轉(zhuǎn)換器。

　　c） 電氣計量

　　如今，電表變得越來越復雜，并且要求在不同動態(tài)范圍下獲得高精確度，因為任何測量誤差都會使電力公司蒙受巨大的損失。

　　對于動態(tài)范圍為2000：1的Class1電表，必須測量的最小信號大約為0.5mV，假設ADC滿量程電壓為1V。 這種儀表的最大誤差規(guī)格通常為針對指定動態(tài)范圍測量的參數(shù)的0.1%。 目標錯誤＝0.5mV×0.1% ＝500nV。

　　因此，要測量的最小信號為500nV。

　　系統(tǒng)需要從1V中解析出500nV，這將要求ADC具有1V/500nV≈2×106次輸出轉(zhuǎn)換。這需要使用具有21位ENOB的ADC。

　　需要注意的一點是通用21位ADC并不能滿足這些需求，除非它具備一個良好的噪聲層并能夠分辨最低500nV的電壓。

　　這個具體示例僅僅介紹了電表中的電壓測量需求。電表中的電流測量具有比電壓測量更嚴格的需求，但是本例并沒有介紹詳細內(nèi)容。

　　結(jié)束語

　　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概念，兩者不能混用。應該由具體的應用來確定是否允許丟失代碼以及所需ADC精確度。本文通過解釋一些應用示例展示了精確度和分辨率的差別。此外，ADC精確度不能僅僅取決于ADC性能和特性，它與圍繞ADC的整個應用設計有關。系統(tǒng)實際上指定了所需的真正動態(tài)范圍。