便携式数据采集存储（SD卡存储）系统中ADC的选用指南

qujian1120

真实世界的应用需要真实世界的物理连接，一般来说，这意味着模拟信号
要在系统内的某处被数字化处理，以便于微处理器、ASIC或FPGA采集数据
并做出决策。
基本选用标准
真实世界的应用需要真实世界的物理连接，一般来说，这意味着模拟信号
要在系统内的某处被数字化处理，以便于微处理器、ASIC或FPGA采集数据
并做出决策。
基本选用标准

当选择一款模拟数字转换器(ADC)时，大多数设计师似乎只关注几个主要
标准。在设计下一代便携式、低功耗数据采集系统时，诸如功耗等规范也
许至关重要，但大多数情况下，工程师是基于下面这些因素来选择一款
ADC：数字接口(SPI、I2C和并行接口等)、分辨率(需要的有效位)、要求
的转换速度、ADC架构、输入结构。

其他的选择标准通常包括功耗考虑(工作和休眠模式)以及是否集成了参考
电压等。此外，工程师还常常考虑系统友好特性，比如：为数据数字化处
理集成的FIFO、集成的可编程增益放大器(PGA)，或连接到串行总线的通
用I/O等。

数字接口选择

ADC的数字部分通常是个基本标准，这是因为数字系统的实现可能会受制
于可用的某些接口种类以及所需的数据传输速率。

例如，当将一个ADC连接到你喜爱的微控制器时，这个ADC也许只有一个
I2C接口可用。对更高速率或更高分辨率的ADC来说，并行接口可能是迅速
传送大量数据的最简单方式，如可在FPGA内运行的数字滤波就是这种需大
量数据传送的应用。

精密ADC可支持3种主要接口类型——双线(或I2C)、三线(或SPI)以及并行
接口，每种接口都有各自优劣势。高速ADC(大于10Msamples/s)也可提供
用于连接到FPGA的高速串行连接的低电压差分信令(LVDS)。

双线或I2C接口的引脚数少，封装尺寸也小。也就是说数据传输只用两个
引脚，这使得它可在极小的封装内获得最多通道数。例如，对一个8引脚
封装来说，其中两个是接口引脚，两个是电源引脚，其余4个引脚可用作
模拟输入。例如，美信的MAX11613四通道、12位ADC就采用micro-max 8引
脚封装。

这些小型器件使它们成为消费应用和系统电源监控应用的理想选择。(I2C
与电源管理SMBus协议非常相似。)此外，由于基于I2C的ADC能在每单位面
积上提供更多通道数，所以通常被利用3轴加速度计和陀螺仪的游戏控制
器和航位推算系统等空间受限的应用所采用。

然而，I2C接口的数据传输速率慢，且难以隔绝。I2C接口的数据引脚是个
双向集电极开路脚。因此，在诸如医疗应用等系统出于噪声隔离或安全等
需要，要求进行(光)隔离的场合，采用I2C就很困难。此外，基于I2C的系
统速度将较慢，其最高数据传输速率通常不超过3.4Mbps。

三线接口和SPI提供一种能支持100Mbps(理论上)的全双工、高速总线。此
外，如果把多个ADC(或其它SPI器件)连接在一条总线上，可以将其级联起
来。例如，可在单一隔绝的SPI总线上，将8个MAX11040组合成32信道，用
于电网应用。此外，SPI支持简单且有成本效益的(光)隔离。这种方法在
FPGA内实现同样相对容易，但它所需的管脚比I2C多。

并行接口具有高吞吐量以及逻辑控制接口简单的特点，这很适合FPGA。遗
憾的是，并行接口也需要很多管脚。

分辨率

固有的ADC误差、信号幅度、最低有效位(LSB)步长以及动态范围等要求，
会使“需要多少位”这个小问题变得复杂。例如，简单的系统电压和电流
测量，可能只需要8、10或12位ADC。但是，测量典型的电阻桥配置内的传
感器，可能需要24位的Σ-ΔADC器件才能在很大的总体信号中检测出小的
信号变化。

常用dB(分贝)代表分辨率，dB提供了ADC整体信噪比(SNR)的一个近似(也
即体现出它能从传感器或系统噪声背景中解析出多么小的信号)。分辨率
的每一位约为6dB。因此，理论上，12位ADC应该有大约72dB的SNR。现实
中，很多因素限制了信噪比，一款SNR为70dB或更高的12位ADC就很不错了
。

ENOB=(SINAD–1.76)/6.02

ADC供应商以如下两种常见形式之一引述该指标：有效位数(ENOB)或信噪
比和失真(SINAD)。这两种形式是相关的。ENOB的一种定义是：

ENOB=(SINAD-1.76)/6.02

其中所有值都以dB表示。SINAD就是在剔除dc项后，所要的信号(基本)与
所有失真和噪声之和的比。因此：SINAD=(rms信号/rms噪声)

在线性完美(无失真)但有嘈声的系统中，SINAD和SNR可以互换。我们以简
单的12位、单通道ADCMAX1240为例。数据表给出的最坏情况下的SINAD为
70dB，因此，按照上述公式，我们可得到ENOB：ENOB(MAX1240)=(70-
1.76)/6.02=11.34位。

噪声源和谐波可对ADC的品质造成伤害。许多系统和ADC都面临这种情况。
在本文下面，我们来考察一些常见的噪声和谐波源。

因此，在决定需要多少位时，要考虑诸如噪声和谐波等系统和ADC误差，
并确保即便在把上述误差也考虑在内时，系统仍有足够的分辨率。如果分
辨率不够高，在数据读取时会发生量化误差，且系统精度将下降。

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sasso

谢谢 !!!!!!!!

edwardk

学习中。。。