数据采集系统的A/D转换器选择

王存航

    做电子技术的人经常需要使用A/D转换器，尤其是在数据采集方面，那在选择A/D芯片时，主要需要考虑哪些因素呢？现就A/D芯片的转换速率、分辨率、输入电压范围、输出方式等几个主要参数简单说明一下【1】，以下是以线阵CCD（TCD1304AP）的数据采集为例。

  （1）采样频率：A/D的转换速率限制了器件的最高采样速率，器件的采样速率是根据奈奎斯特理论（采样定理）来确定的；本设计的CCD输出信号是经过采样保持的离散模拟信号，频率为0.5MHz；因此A/D器件采样频率只要大于或等于0.5MHz即可。正常推荐采样率为信号最高频率的5-20倍。

（2）分辨率：A/D的分辨率是由A/D的转换位数决定的。对于分辨率的要求，需要根据输入信号特性决定（CCD输出信号），综合考虑A/D可能带入的量化噪声进行选择。TCD1304AP器件的动态范围为300（最小饱和输出电压与最大暗电压之比），即暗信号噪声幅度为信号幅值的1/300=0.33%。8位A/D引入的量化噪声为1/28 =0.39%，12位A/D引入的量化噪声为1/212=0.024%，16位A/D引入的量化噪声为1/216=0.0015%。可见，8位的A/D分辨率不够，而12和16位又有点浪费。不过这是根据10ms光积分时间的动态范围理论值估计的结果，而实际上光积分时间增加，暗电流幅值也会增大，动态范围相应减小；此外如果A/D转换时未达到满量程，还需要对A/D量化误差比例进行折算，如8位A/D的量程幅值为3V，实际信号为2V，则量化噪声不再是1/28=0.39%，而是1/28X3/2=0.59%；A/D的差分线性误差也会带入噪声。综合考虑，选择12的A/D器件最适合系统要求。

（3）输入电压范围：CCD饱和输出电压经过预处理后的输出峰峰值为2V（1.5-3.5V），因此A/D的输入电压范围应该大于2V；另外，电压范围过大，量化误差也越大；综合考虑，A/D器件的输入电压范围在大于2V的基础上，越小越好。

（4）输出方式：A/D主要有串行和并行两种方式，其中串行基本采用I2C接口；由于本设计的主要控制器是FPGA，采用并行方式可以大大提高开发效率。

综合上面分析考虑，系统选用TI公司的ADS803E，最高采样速度为5MHz，12位并行输出，输入电压范围可调。

参考文献：

【1】毕文辉, 严楠, 崔德邦等. 数据采集系统中A/D转换器的正确选择. 计量与测试技术, 2009

raul333

谢谢楼主分享，学习了