Auswahl der ADC-Auflösung

Lärm ist der bestimmende Faktor.

Sie müssen zuerst mit dem Rauschpegel beginnen, den Ihr Beschleunigungsmesser + Verstärker ausgibt, nennen wir dies N für Rauschen. Dann müssen Sie herausfinden, was Ihr Beschleunigungsmesser maximal ausgibt. Wir gehen davon aus, dass dies ein RMS-Wert ist, und nennen ihn S für Signal.

Ihr SNR (Signal-Rausch-Verhältnis)$=\frac{S}{N}$

Die Basisanzahl an Bits, die Sie benötigen, ist$B = log_2(SNR)$

Dies reicht jedoch nicht aus, da der ADC selbst ein gewisses Eigenrauschen aufweist. Um sicherzustellen, dass das ADC-Rauschen nicht stört, oder anders ausgedrückt, um sicherzustellen, dass das ADC-Rauschen nicht in das Signal einfließt, müssen Sie sicherstellen, dass die Auflösung größer ist als der oben berechnete B-Wert. Für eine sehr strenge Definition sollte das Rauschen des ADC 10 % des Signalrauschens betragen, aber Sie werden feststellen, dass 25 % angemessen sind.

In Ihrem ADC-Datenblatt finden Sie eine Zahl namens ENOB (Effective Number of Bits).

Im 10%-Fall:

ENOB > B+$log_2(10)$> B + 3.32

Im 25%-Fall:

ENOB > B+$log_2(4)$> B + 2

Als nächstes müssen Sie den Ausgang Ihres Beschleunigungsmessers und Pufferverstärkers so skalieren, dass das Maximum etwas kleiner ist als das Maximum dessen, was der ADC verarbeiten kann (wieder aus dem Datenblatt).

Wenn Sie den ENOB und die Waage aufeinander abgestimmt haben, ist alles andere erledigt.

Dies hängt von der benötigten Signifikanz und dem unterstützten Bereich ab. Stellen Sie sich einen Beschleunigungsmesser vor, der 0 bis 5 Volt (Bereich) ausgibt, und Sie möchten mit zwei Dezimalstellen (Signifikanz) messen. Das würde bedeuten, Sie hätten$5\cdot100=500$mögliche Werte. Um diese Menge an möglichen Werten in einer Binärzahl zu erhalten, müssten Sie$\lceil\log_2{(500)}\rceil=9$Bits. Falls Sie nur eine Dezimalstelle wollen, hätten Sie$5\cdot10=50$mögliche Werte, brauchen$\lceil\log_2{(50)}\rceil=6$Bits.

Sie sollten in der Tat auch die Abtastrate berücksichtigen. Wenn Sie eine höhere Auflösung verwenden, kann der ADC nicht so viele Konvertierungen verarbeiten wie bei Verwendung einer niedrigeren Auflösung. Wie stark er sich unterscheidet, ist dem jeweiligen Datenblatt zu entnehmen.

Manchmal / meistens kann man nur zwischen wenigen Auflösungen wählen, zB 8 oder 16 Bit. Sie können die Signifikanz, die Sie beispielsweise mit 8 Bit erhalten, wie folgt berechnen:$2^8=256$, also haben wir 256 mögliche Werte. Bei einem Bereich von 5 V würde dies eine Bedeutung von ergeben$5/256=0.0195V$.

Im Datenblatt des Beschleunigungsmessers finden Sie, wie 1 V in die von Ihnen benötigten Daten übersetzt wird. Bei einem Temperatursensor finden Sie beispielsweise so etwas wie „5K/V“ – dies würde bedeuten, dass ein Volt Unterschied einen Unterschied von 5K (Kelvin) bedeutet. Das heißt, der Ausgang ändert sich um 0,2 V, wenn sich die Temperatur um 1 K ändert. Wenn Sie eine Auflösung von 0,1 K wünschen, würde dies eine Auflösung von 0,02 V bedeuten. Dies würde bedeuten, dass Sie benötigen$5/0.02=250$Werte, brauchen$\lceil\log_2{250}\rceil=8$Bits.

Die Auflösung des ADC ist das Maß für seine Genauigkeit. Es hängt davon ab, wie viel Sensibilität Sie für Ihr Design benötigen. In Ihrem Fall werden die Spannungssignale des Beschleunigungsmessers in einen digitalen Ausgang umgewandelt.

Messen Sie zuerst Ihre Spitzenspannung vom Beschleunigungsmesser, sagen wir 100 mV , und entscheiden Sie dann, wie viel Empfindlichkeit Sie benötigen, z. B. muss Ihr Design für 0,5-mV -Signale empfindlich sein. Teilen Sie 100 mV durch 0,5 mV , Sie erhalten 200 . Dies ist die Anzahl der Spannungsschritte, in die Sie Ihr Signal aufteilen möchten, und die nächste Auflösung für diese Zahl ist log (200) / log (2) = 7,6 , was auf 8 gerundet wird. Sie benötigen also einen 8-Bit-ADC für diesen speziellen Fall Beispiel.

HINWEIS: Im obigen Beispiel wurde davon ausgegangen, dass die Eingangssignale nur positive Polarität haben. Bei negativer Polarität müssen Sie das Signal in positive Polarität verschieben.

@Vicky Rao Ich denke, die Antwort von @Arslan Abbas ist sehr relevant..

benutze die formel:

ADC-Bitauflösung = (log ((VD * E) / (R * Vs))) / (log (2)) + B

hier ist VD der volle I/P-Spannungsbereich des ADC. Vs ist der volle O/P-Spannungsbereich des gemessenen Signals. E ist ein Wert, der in technischen Einheiten dargestellt wird, die Vs darstellen. R ist die erforderliche Auflösung. B = 1, wenn der verwendete ADC bipolar ist, sonst 0.

Das vom ADC erreichte LSB kann berechnet werden (LSB stellt das kleinste Inkrement dar, das der Wandler auflösen kann)

Q = VD / 2^a

wobei VD der analoge Eingangsspannungsbereich des ADC ist und a die Auflösung des ausgewählten ADC ist

Betrachten Sie das Beispiel: VD = (+2,5 V – (-2,5 V)) = 5 V (Der analoge Eingangsspannungsbereich des bipolaren ADC ist auf ±2,5 V eingestellt) und daher wird eine 16-Bit-Auflösung ausgewählt

Q = 5/ 2^16

Q = 76,29 µV