性能分析

本節(jié)將對12位SAR和16位過采樣轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行簡要的性能分析比較，并提供多個(gè)應(yīng)用示例。我們建議您使用應(yīng)用項(xiàng)目自行執(zhí)行系統(tǒng)比較。

在示例項(xiàng)目比較部分，將比較使用相同模擬輸入信號時(shí)，主要項(xiàng)目和輔助項(xiàng)目的轉(zhuǎn)換結(jié)果。在電壓轉(zhuǎn)換比較部分，轉(zhuǎn)換計(jì)算結(jié)果證實(shí)了分辨率精度存在差異。

示例項(xiàng)目比較

兩個(gè)示例項(xiàng)目都使用信號發(fā)生器作為模擬輸入運(yùn)行，二者的設(shè)置如下：

波形：正弦波

頻率：250 Hz

幅值：3.2 Vpp

直流偏移：1.6 V

輸出負(fù)載：HighZ

下圖是按照第5.2節(jié)“在e2 studio中繪制值”中的步驟進(jìn)行操作所生成的波形圖。第一張圖片是運(yùn)行主要項(xiàng)目時(shí)捕獲的波形，ADC配置為使用16位過采樣轉(zhuǎn)換方法。第二張圖片是運(yùn)行輔助項(xiàng)目時(shí)捕獲的波形，使用12位SAR轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行ADC采樣。

圖34. 使用250 Hz輸入信號運(yùn)行adc_16bit_oversampling_ra6t2的繪圖

圖35. 使用250 Hz輸入信號運(yùn)行adc_12bit_sar_ra6t2的繪圖

主要結(jié)論：

1

對于ADC基于輸入信號電壓變化可轉(zhuǎn)換的值范圍，16位波形要比12位波形大得多。ADC數(shù)據(jù)范圍的差異產(chǎn)生的直觀影響是分辨率得到提高，即增加了4個(gè)位的信息。請參見后文第6.2節(jié)“電壓轉(zhuǎn)換精度比較”，了解對這種影響的繼續(xù)分析。

2

16位項(xiàng)目捕獲的250 Hz正弦周期數(shù)超過了12位項(xiàng)目。除轉(zhuǎn)換方法外，兩個(gè)項(xiàng)目的其他配置均相同，因此這種差異表明過采樣轉(zhuǎn)換方法的轉(zhuǎn)換時(shí)間比SAR轉(zhuǎn)換方法的轉(zhuǎn)換時(shí)間長。在使用這些特定項(xiàng)目設(shè)置的情況下，16位模式轉(zhuǎn)換的時(shí)間大約為12位模式轉(zhuǎn)換的18倍。這是ADC過采樣理論固有的預(yù)期行為。

使用過采樣時(shí)，需要轉(zhuǎn)換多個(gè)ADC樣本，然后進(jìn)行濾波以轉(zhuǎn)換一個(gè)ADC數(shù)據(jù)值。過采樣和處理需要額外的時(shí)鐘周期。時(shí)鐘周期數(shù)取決于項(xiàng)目的具體設(shè)置，可使用前篇第2.3.1節(jié)“采樣率計(jì)算”中描述的等式粗略計(jì)算。

6.2 電壓轉(zhuǎn)換精度比較

6.2.1 16位電壓轉(zhuǎn)換

(1) 單端輸入

使用單端16位轉(zhuǎn)換方法時(shí)，采樣數(shù)據(jù)采用16位長度的無符號數(shù)據(jù)格式，范圍為0x0000 (VREFL0) 到0xFFFF(VREFH0)。

A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)范圍如下圖所示：

圖36. A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)范圍（16位，無符號，單端輸入）

在過采樣和混合轉(zhuǎn)換方法的單端輸入模式下，一個(gè)LSB的計(jì)算方法如下：

1LSB = (VREFH0 – VREFL0) / 215

(2) 差分輸入

使用差分16位轉(zhuǎn)換方法時(shí)，采樣數(shù)據(jù)采用16位長度的有符號數(shù)據(jù)格式，范圍為0x8000 (-VREFH0) 到0x7FFF (+VREFH0)。

A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)范圍如下圖所示：

圖37. A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)范圍（16位，有符號，差分輸入）

在過采樣和混合轉(zhuǎn)換方法的差分輸入模式下，一個(gè)LSB的計(jì)算方法如下：

1LSB = [2 x (VREFH0 – VREFL0)] / 216

編輯：黃飛

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