单片机提高ADC精度总结 (2)

单片机提高ADC精度总结

 

        2、ADC动态特性参数

        ADC的动态特性参数通常与ADC的转换速率和输入信号频率相关。主要包括:信噪比(SNR)、信噪失真比(SNDR)、无杂散动态范围(SFDR)、总谐波失真(THD)、有效位数(ENOB)。

       3、温度湿度环境及电源电压的波动引起的误差、采样电压的波动

       在实际应用中,由于环境温度、湿度等参数的变化可能会引入一些误差。电源电压的不稳定也会带来一定的误差,采样电压的波动(可能是由于高频信号叠加,或者其他随机干扰信号),对整个系统的精度产生影响,电源电压变化引起的转换误差在高精度要求场合不可忽略。

      4、其他因素

        模数转换器(ADC)想要在实际应用中达到标称的精度,仅仅依赖ADC模块本身是不够的,实际的测量精度还会受到一系列外在因素的影响,例如:

          •ADC时间配置(包括采集时间、转换时间、采样时间、采样时钟抖动等等)

          •电源性能(噪声和内部阻抗)

         •数据采集系统中数字和模拟部分的隔离情况

         •内部阻抗与外部阻抗的匹配

         •输入/输出开关切换的影响

         •PCB布局布线

三、提高ADC精度方法                                                                                      

       软件算法提高精度(常用的方法)

       在运用具有内置模数转换模块的嵌入式单片机来进行模数转换的过程中,为了提高分辨率或对微弱信号采样识别,目前比较常用的方法主要是采用过采样技术来实现低于最小采样分辨率的微弱信号采样。该技术是通过多次对输入的采样信号叠加白噪声后,再模数转换输出,然后对输出取平均值。 在采样过程中,导致采样电压波动的因素有很多。可能是由于外界的随机信号干扰引起。也可能是由于电路中产生的谐波信号引起的周期性干扰信号。用软件滤波方法则可以有效减小此类误差。常用滤波算法如下:

      算术平均滤波法

      递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)

      中值滤波法

      一阶滞后滤波法

       加权平均滤波法

 针对环境及电压波动解决方案如下:

     (1)采用高精度稳定电源供给,减少电源电压变化误差。

        基准电压是提供ADC转换时的参考电压,是保证转换精度的基本条件。在要求较高精度时,基准电压要考虑单独用高精度稳定电源供给。此外,外加模拟电源和数字电源也要尽量采用稳定性高(电源电压敏感度<0.002%)、受温度变化小的电源。当然可以选择温度系数比较好、精度比较高的电源模块提供稳定的电压。但是由于高精度的电源管理模块价格往往不菲,会大大增加系统的成本。在本设计中,采用市场上面比较常见的LDO作为电源电压。

     (2) 利用数学变换减小运算误差,减小温度漂移、湿度、环境等及电源电压的波动引起的误差。

单片机提高ADC精度总结

 

 

单片机提高ADC精度总结

 

     (3)利用软件滤波方法。

针对增益误差和偏移误差解决方案如下:

     (1)最小二乘法和一元线性回归(直线拟合问题) 用稳定信号源产生多个标准电压, 通过输入ADC通道记录采样值。然后利用最小二乘和一元线性回归思想处理数据, 求出的拟合最佳曲线, 使得各个坐标点到该最佳曲线的距离的平方和(残差平方和)最小。

     (2)在用计算机对模拟信号采集情况下,将编码器零电平信号读入计算机内存中相应的单元,然后才开始采样程序的执行。在采样程序中,将采集到的数据与零电平相减,从而基本上消除偏移温漂误差。

ADC时间配置

        在器件中,采样时间等于一个ADC时钟周期。该ADC模块的采样时间不仅依赖于ADC时钟,还与其他配置有关,如NXP芯片中可以通过修改ADCx_CFG1寄存器中的ADLSMP位和ADCx_CFG2寄存器中的ADLSTS位来对采样时间进行配置。因此,总的转换时间并不会随采样时间增加而显著增加,这种特性在高输入阻抗的情况下尤其有用。

ADC硬件处理

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