Калькулятор преобразователя ADC / DAC

Каждый аналогово-цифровой и цифро-аналоговый преобразователь определяется двумя числами: разрядностью в битах и опорным напряжением, относительно которого он измеряет. Этот калькулятор превращает эти два значения во всё остальное, что нужно при масштабировании показаний в прошивке — размер шага LSB, квантованный код, который даёт входное напряжение (в десятичном, двоичном и шестнадцатеричном виде), напряжение, которое DAC восстанавливает из кода, и сколько разрешения вы на самом деле теряете из-за квантования.

Как использовать

1. Задайте разрядность в битах — 8, 10, 12 и 16 покрывают большинство ADC микроконтроллеров; 24 и 32 — аудио- и прецизионные сигма-дельта компоненты.
2. Введите опорное напряжение (Vref). Это полный диапазон преобразователя, а не шина питания — многие компоненты работают от 3,3 В, но измеряют относительно внутреннего опорного напряжения 2,5 В или 1,2 В.
3. Введите аналоговый вход (Vin), чтобы увидеть код, который сформирует ADC для этого напряжения.
4. Введите цифровой код, чтобы увидеть напряжение, которое DAC выдаст для этого кода.

Настройки

• Соглашение о полной шкале — Vref / 2^N — стандартное определение, и именно его используют почти все даташиты ADC: максимальный код находится на один LSB ниже Vref. Vref / (2^N − 1) ставит максимальный код ровно на Vref, что предполагает некоторый код масштабирования DAC и PWM. Неправильный выбор даёт ошибку в один LSB на полной шкале.
• Квантование ADC — реальные ADC усекают: любое напряжение в пределах шага отображается на код ниже. Округление до ближайшего моделирует идеальную передаточную характеристику со смещением в половину LSB, которое вы получаете после калибровки на многих компонентах.

Формулы

• Уровни = 2^N, максимальный код = 2^N − 1
• LSB = Vref / 2^N (или Vref / (2^N − 1))
• Код ADC = floor(Vin / LSB), ограниченный от 0 … максимального кода
• Восстановленное напряжение = код × LSB
• Ошибка квантования = Vin − восстановленное напряжение, ограниченная ±½ LSB
• Идеальный SNR (SQNR) = 6.02 × N + 1.76 dB

FAQ

Почему один дополнительный бит даёт всего 6 дБ?

Каждый бит вдвое уменьшает LSB, что вдвое уменьшает шум квантования — коэффициент два по амплитуде это 6,02 дБ. Поэтому идеальный SNR меняется шагами примерно по 6 дБ: 12-битный преобразователь упирается в ~74 дБ, каким бы чистым ни был остальной тракт вашего сигнала.

Мои показания шумят в последних двух битах — это квантование?

Обычно нет. Ошибка квантования детерминирована и ограничена половиной LSB; шум, который гуляет на несколько отсчётов, обычно возникает из-за шума опорного напряжения, просадок земли или несоответствия входного импеданса схеме выборки-хранения ADC. Сравните разброс с величиной ±½ LSB, которую показывает этот калькулятор — если она намного больше, разрешение преобразователя не является вашим ограничением.

Учитывает ли эта модель смещение, ошибку усиления или INL?

Нет — это идеальная математика квантования, то, что нужно для проверок масштабирования в прошивке и сравнения вариантов разрешения и опорного напряжения. Реальные смещение, ошибка усиления, интегральная/дифференциальная нелинейность и шум берутся из даташита компонента и складываются поверх этих чисел.

Связанные инструменты

Для резистивного делителя, который обычно стоит перед входом ADC, используйте Калькулятор делителя напряжения. Если вы управляете аналоговым уровнем через фильтрованный PWM-выход вместо DAC, то Калькулятор частоты и коэффициента заполнения PWM покрывает эту сторону. Чтобы вручную перевести сырой код в другое основание, обратитесь к Конвертеру систем счисления для целых чисел.

Конфиденциальность

Все расчёты выполняются полностью в вашем браузере — ничто из введённых данных не отправляется на сервер.