avr120 avr的adc校正和说明

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1、AVR120:AVR的ADC校正和说明翻译:邵子扬AVR120：AVR的ADC校正和说明翻译：邵子扬2006年10月20日http://shaoziyang.bloger.com.cnshaoziyang@gmail.com特点：l理解模拟到数字转换（ADC）的特点l测量参数说明ADC特点l温度、频率和电压的依赖性l偏移量和增益误差补偿1介绍这篇应用笔记解释了各种ADC（模拟到数字转换）的特性以及它们怎样影响测量。同时说明了怎样在产品测试中测量这些参数，以及怎样在运行时补偿测量误差。AVR单片机的Flash存储器的一个很大的优点在于校正代码可以用程序替换，这样校

2、正代码不会在最终产品中占用空间。2理论在进入讨论前，先介绍一些中心概念。下面小节（一般ADC的概念）可以忽略如果读者已经熟悉了量化、分辨率和ADC转化。2.1一般ADC的概念ADC转变一个模拟输入信号为数字输出参数，表示出输入信号和参考信号的相对大小。为了更好的说明ADC，这篇应用笔记区别说明完美、理论和实际的ADC。一个完美的ADC只是一个理论概念，在实际中并不存在。它有无限分辨率，每个输入在指定范围输出一个唯一的值。理想的ADC是一个线性转换函数，如图1。图1.完美的ADC第12页共12页AVR120:AVR的ADC校正和说明翻译:邵子扬为了定义一个理论的A

3、DC，必须介绍量化的概念。由于将ADC数字化，不可能连续的输出数值，输出范围分为一定的台阶，每个都是一个可能的输出值。这意味着一个输出值不是只对应一个唯一输入，而是一个小范围的输入值。结果就是一个阶梯转换函数，分辨率是不同输出的个数。例如，ADC输出为8个台阶，即分辨率是8，或者说3位。转换函数如图2所示，理论ADC等于完美的ADC在每一级台阶的中间点。这说明理论ADC本质上是输入参数对应的最接近的台阶输出参数。图2.理论上的3位ADC转换函数对于一个理论上的3位ADC，最大误差是±1/2台阶，也就是说最大的量化误差总是1/2LSB，LSB是输入电压对应输出参数

4、最小数据位。实际的ADC还存在其他误差，这将在后面说明。1.1转换范围Atmel的AVR单片机可以配置为单端输入或者差分输入。单端输入用于测量单个通道的输入电压，差分模式用于测量两个不同通道之间的差。不论哪种模式，每个通道的输入电压范围都要在GND到Avcc之间。使用单端模式，相对于GND的输入电压被转换为数值信号。使用差分模式，从差分运放的输出（可选增益）转化为数字量（可能是负数）。一个简化的图例如图3：图3.简化的ADC输入电路第12页共12页AVR120:AVR的ADC校正和说明翻译:邵子扬为了决定转换范围，转换电路需要一个参考电压（VREF），用于代表最

5、大输出值。根据数据手册，对于标准芯片VREF至少是2V，对于工作电压是1.8V的芯片参考电压允许低至1V，对于单端输入和差分输入都是一样。1.1.1单端转换范围单端转换输入通道直接连到转换电路，如图3A所示。AVR的10位ADC将从GND到VREF的连续输入信号转换为从0到1023的离散输出信号。1.1.2差分转换范围差分转换连接两个输入通道到可变增益差分放大器，放大器的输出反馈到转换电路，如图3B。差分电压从-VREF到+VREF，转换结果从-512到+511。XX。即使测量负的差分电压，每个通道的输入电压范围还是在GND到AVcc之间。小于-VREF的差分电

6、压将得到最小值（在10位ADC时是-512），大于VREF的差分电压将得到最大值（在10位ADC时是511）。注意某些型号的器件不能测量负的差分电压，如ATiny26。1.2校正ADC实际的总误差不只是量化误差，这篇文档说明了偏置和增益误差，以及如何进行补偿。同时介绍了两种测量非线性度的方法，微分法和积分法。对于大多数应用，在使用单端模式时ADC无需校正。典型精度是1-2LSB，既不需要也难以通过校正获得更高的精度。但是，使用差分模式时情况就不同了，特别在高增益时，微小的变化通过放大器就变成了很大的误差，未补偿的误差通常大于20LSB。这些误差需要用软件针对每个

7、器件进行补偿。初看起来20LSB是一个很大的参数，但是这并不代表差分模式就没有用处了，经过简单的校正算法，误差就可以控制在1-2LSB之内。第12页共12页AVR120:AVR的ADC校正和说明翻译:邵子扬1.1绝对误差绝对误差是理想直线和实际曲线，包括量化误差的最大差值。因为量化误差，最小绝对误差是½LSB。绝对误差或者叫绝对精度是未补偿误差的总和，包括了量化误差、偏置误差、增益误差和非线性误差。偏置、增益和非线性在后面说明。绝对误差可以通过使用斜坡输入电压测量，在这种情况下所有的输出参数都和输入电压做比较，最大差值给出了绝对误差。注意绝对误差不能直接补偿，除

8、非使用占用很大内存的查表