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基于过采样技术提高ADC分辨率的研究与实现
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ADC性能提高的建议
来源：本站整理
作者：秩名日 10:51
[导读] 虽然ADC看起来非常简单，但它们必须正确使用才能获得最优的性能。以下一些指南有助于工程师在设计中充分发挥ADC的全部性能。
　　虽然ADC看起来非常简单，但它们必须正确使用才能获得最优的性能。ADC具有与简单模拟放大器相同的性能限制，比如有限增益、偏置电压、共模输入电压限制和谐波失真等。ADC的采样特性需要我们更多地考虑时钟抖动和混叠。以下一些指南有助于工程师在设计中充分发挥的全部性能。
　　模拟输入
　　要认真对待ADC的模拟输入信号，尽量使它保持干净，&无用输入&通常会导致&数字化的无用输出&。模拟信号路径应远离任何快速开关的数字信号线，以防止噪声从这些数字信号线耦合进模拟路径。
　　虽然简化框图给出的是单端模拟输入，但在高性能ADC上经常使用差分模拟输入。差分驱动ADC可以提供更强的共模噪声抑制性能，由于有更小的片上信号摆幅，因此一般也能获得更好的交流性能。差分驱动一般使用差分放大器或变压器实现。变压器可以提供比放大器更好的性能，因为有源放大器会带来影响总体性能的额外噪声源。但是，如果需要处理的信号含有直流成份，具有隔直流特性的变压器就不能用。在设计预驱动电路时必须考虑驱动放大器的噪声和线性性能。需要注意的是，因为高性能ADC通常有非常高的输入带宽，因此在ADC输入引脚处直接滤波可以减少混入基带的宽带噪声数量。
　　参考输入
　　参考输入应看作是另一个模拟输入，必须尽可能保持干净。参考电压(VREF)上的任何噪声与模拟信号上的噪声是没有区别的。一般ADC的数据手册上会规定要求的去耦电容。这些电容应放置在离ADC最近的地方。为了节省电路板面积，PCB设计师有时会将去耦电容放在PCB的背面，这种情况应尽可能避免，因为过孔的电感会降低高频时电容的去耦性能。VREF通常用来设置ADC的满刻度范围，因此减小VREF电压值会减小ADC的LSB值，使得ADC对系统噪声更加敏感(1V满刻度10位ADC的LSB值等于1V/210=1mV)。
　　图1：典型的模数转换器功能框图
　　时钟输入
　　根据具体的应用，数字时钟输入可能与模拟输入具有同等的重要性。ADC中有两大噪声源：一个是由输入信号的量化引起的(正比于ADC中的位数)，另一个是由时钟抖动引起的(在错误时间点采样输入信号)。根据以下公式，在非过采样ADC应用中量化噪声将限制最大可能的信噪比(SNR)值。
　　其中，N为ADC的位数、SNR为信噪比。
　　从直观感觉这是有意义的：每增加一位，ADC编码的总数量就会增加一倍，量化不确定性可降低一半(6dB)。因此理论上一个10位ADC可以提供61.96dB的SNR。根据以下等式，采样时钟上的任何抖动都会进一步降低SNR：
　　其中，SNRj是受抖动限制的SNR，fa是模拟输入频率，tj是时钟抖动的均方根(rms)值。
　　用抖动等于8ps的采样时钟数字化70MHz的模拟信号，可以得到接近49dB SNR的有限抖动，相当于将10位ADC的性能降低到了约8位。时钟抖动必须小于2ps才能取得等效于10位ADC的SNR。还有许多影响SNR的二阶因素，但上述等式是非常好的一阶接近函数。差分时钟常用来减小抖动。
　　电源输入
　　大多数ADC有分离的电源输入，一个用于模拟电路，一个用于数字电路。推荐在尽量靠近ADC的位置使用足够多的去耦电容。尽量减少PCB的过孔数量，并减小从ADC电源引脚到去耦电容的走线长度，从而使ADC和电容之间的电感为最小。就像参考电压去耦一样，电路板设计师为了节省电路板面积有时会把去耦电容放在芯片下方PCB板的背面，基于同样的理由，这种情况也应避免。ADC数据手册一般会提供推荐的去耦方案。为了达到特定的性能，电源和地经常会采用专门的PCB层实现。
　　数字输出
　　ADC开关数字信号输出会产生瞬时噪声，并向后耦合到ADC中敏感的模拟电路部分，从而引发故障。缩短输出走线长度以减小ADC驱动的电容负载有助于减小这一影响，在ADC输出端放置串行电阻也可以降低输出电流尖峰。ADC数据手册通常对此也有一些设计建议。
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★最终技术贴——高精度ADC校准方法
TA的每日心情衰 11:48签到天数: 58 天连续签到: 1 天[LV.5]常住居民I
之前发过一个关于业余条件下的手机电池校准的帖子，引起了大家的浓厚兴趣，这里再做一个补充，把关于ADC校准我的个人理解和大家分享。
一、什么是ADC？手机的ADC校准是什么？
& & 可能大家都想知道这个ADC是什么？
& & 从电子技术上讲，ADC是英文Analog-to-Digital Converter的缩写，中文译名: 模数变换器，在手机中ADC的作用就是把电池电压值（模拟量）转换为二进制的数字代码，从而提供给手机作为电量检测使用，如要显示则通过二——十进制转换，如充满电的电压为4.200V，数字万用表里面的主要一个电路也是ADC电路。当然在手机中还要一个电量的百分比显示问题，它是以电压值作为参考依据，以充满电值4.200V为100%，以终止放电电压3.400V为0%，其中的中间数值并非线性关系，个人认为，所谓手机的ADC校准本质上就是把这个电压与电量的对应关系建立起来的过程。 经过校准的手机就会在内存中建立一份档案文件，也就是手机信息文件。如果手机内部经过校准，这个文件就存在，否则就显现“校准未通过&。
二、手机的电池校准到底有啥用？
& & 从上面的描述我们可以了解手机校准后会在内存里建立起一个档案文件，这个文件可以作为手机电量与电压值的定义（定标），这样当手机的电池电压值确定后就会有唯一的电量百分比对应，我们在使用手机时就会有一个准确稳定的参考电量。如果没有经过校准，则这个参考文件就不确定，或者是手机随机生成一个信息文件，结果是电压值与百分比可能每次都不一样，相信大家可能会遇到这样的现象，就是本来关机前看到的电量是50%，重启后这个数字可能就变化的很离谱了。其实可能这时候的电压并没有变化多少，也就是电量的参考失去了实际的意义了。另外还有这样一种情况，就是手机的电量可能变化很不均匀，某个百分比阶段变化得飞快，某个百分比（如20%左右）则变的很耐用，这其实也是ADC失效的原因造成的。经过ADC校准以后，上述情况就不再发生。
三、如何进行高精度的ADC校准？
& &&&之前我的文章其实介绍过三种ADC校准方法，一种是业余土办法，这种办法可以作为上限定标，对于保证充满电延长待机时间有一定效果，但没有采用仪器和ADC校准软件设置，所以不会显示”ADC校准已通过“，另一种是采用【电池校正】的软件进行校准，这个方法其实与第一种是一样的，只是操作上简化了，有软件替代了recovery操作，第三者方法是比较正规的方法，采用带数字电压表显示的稳压电源替代电池，并配合校准专用软件【TianYu_NVDIA_ADC_Simple_Test】进行定标校准。校准以后，按*#8675#会显示校准结果已通过。而且可以保证这个档案文件作为手机电量的参考。不过略微遗憾的是，这个廉价（88元）的稳压电源的精确度有限，校准存在一定的误差，因为这个电源的数字表是两位半的，对于4.2V的锂电只能显示两位有效数字，也就是当你看见电压显示是4.2V是，实际上可能的电压值是4.15V~4.24V（四舍五入原则），误差率达到2.4%，可能大家会说，要不要这么精密啊？根据实际使用情况看，我刷机几次都进行过ADC校准，都是严格按照规程操作的，但实际上发现每次校准后使用存在差异，有时候充电到97%后就很难充满到100%了，有时候则很快就充满到100%，分析其原因就是前者的校准时属于电压偏高（接近4.24V），而手机的充电器道路4.200V就停止了大电流充电，所以很难再往上增加了。
& &&&那么如何提高ADC校准的精度？工厂里面采用的专业校准仪器是可以达到四位显示要求的，如果购买高精度的电源来校准成本过高（300多元），没有必要，我采用的办法是利用手头上的数字万用表作为电压监测，并联在输出电压端子上，通过数字万用表的监测就可以达到较高的精度，这是因为普通数字万用表（25~80元）都是三位半的，精度是上述仪表的10倍，可以显示4.20V，也就是最大误差是0.24%，用这样的办法就可以很准确的进行专业级的ADC校准了！
如果手头上有数字电表的机油不妨试试这个专业级的ADC校准方法。
另外，根据ADC的原理，你如果有点电子技术基础的话，可以自己做个直流稳压电源，成本不超过20元，主要元件是可调稳压电源IC——LM317，加上变压器、整流器滤波电容，可调电阻等，具体电路很简单，百度一下就有了。数字电表淘一个也只要30元左右就可以了。完全可以DIY！
以上是本人关于ADC校准的实践体会，供有兴趣者参考，其中观点仅属个人意见。
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TA的每日心情衰 11:48签到天数: 58 天连续签到: 1 天[LV.5]常住居民I
本帖最后由 新客 于
11:34 编辑
留个沙发给自己。这是最后一个技术贴了，不再折腾了。能够完全从头到尾看下去就非常感谢了。(c001
TA的每日心情难过 11:16签到天数: 195 天连续签到: 1 天[LV.7]常住居民III
前排支持下
TA的每日心情慵懒 18:00签到天数: 1 天连续签到: 1 天[LV.1]初来乍到
[c002看了，，但感觉用不到
该用户从未签到
果然很专业！！！
该用户从未签到
楼主辛苦了，支持下下。
该用户从未签到
说实话，数字万用表很难买，不是难买到，是难买到又便宜又好的。
该用户从未签到
本帖最后由 lxtlcq 于
13:47 编辑
晚上我来为大提供。可用的线材。和仪表，指导大家完成。但本身要一定技术。只作指导作用。
数字万表。电铬铁，小一字螺丝，锡。导线都为必须品
下边提供主机稳压模块参数
2596 DC-DC 可调降压模块 输入4.5-30V 输出1.25-26V.输出电流MAX大2A
外观尺寸：长*宽*高&&4.3cm*3.0cm*1.2cm
双面布线，底部大面积覆铜保证更加优良的散热！可以额定长期工作在2A最大输出功率扩展到20W，也更加方便外加散热器输出更大的功率！
输入超宽电压输入4.5-30V
顺时针调节板载电位器输出电压增加，逆时针调节电位器输出降低
图片网上找的。我一直也在使用这种模式自己造出移动电源。为PSP。MP4，和我自己的手充电，一天手玩两个小时游戏，上网半个小时。MP4看半小时电影。。一共为我的MP4，手机，提供一个星期5天的电力。我用的电源是12V 15A锂电池，这个稳压模块一个价格才10 元不到。运费那就最多是12元吧。
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该用户从未签到
新客或楼上的兄弟, 能不能将那个电池状态文件通过RE文件管理器复制出来, 供广大机油替换使用. 使用原电的应该差别不大的
该用户从未签到
& & 推荐个便宜好用的数字万用表！
Powered by基于过采样技术提高ADC分辨率探析Improving the Resolution of ADC Based on Over-sampling
近年来,许多系统都需要使用模/数转换器ADC进行测量,将模拟信号转换为数字信号。为了简化系统电路和降低生产成本,在充分利用ADC采样速度的条件下,通过过采样技术提高ADC的分辨率。这里基于ADC的基本结构,采用叠加成形函数的方法,介绍了用过采样的方法来达到较高分辨率和信噪比,得出采样技术可以在不使用昂贵的ADC芯片的情况下提高模/数转换的分辨率。
关键词： 过采样;;模/数转换器;;信噪比;;分辨率
作者: 李君;
参考文献：
[1][美]奥本海姆.离散时间信号处理[M].黄建国,译.北京:科学出版社,1999.[2]李国.基于过采样技术提高ADC分辨率的研究与实现[J]计算机工程,4-248.[3]胡广书.数字信号处理理论、算法与实现[M].北京:清华大学出版社,2003.[4]刘和平,严利平,张学峰,等.TMS320LF240x DSP结构、原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.[5]陈敏.提高测量系统分辨率与信噪比的软件方法[J].计量学报,):185-187.[6]王家文,王皓,刘海.Matlab 7.0编程基础[M].北京:机械工业出版社,2005.[7]张玉杰.过采样Σ-Δ的原理及单片机实现方法[J].西安石油学院学报:自然科学版,):75-78.[8]曹先国.16 b/18 b过采样模-数转换器的分析和设计[D].上海:复旦大学,1997.[9]易婷.高性能Σ-Δ模/数转换器设计[D].上海:复旦大学,2002.[10]黎海涛,陆建华.通用多载波CDMA无线传输体制及其研究进展[J].电子与信息学报,):1 695-1 702.
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