PDF《AN2572》

2018 Microchip Technology Inc. DS00002572A_CN 第5页?在转换期间,所关注的信号分量不应存在明显变化 ? 信号中应存在一些噪声 ? 噪声的幅值应至少为1 LSB 通常在转换过程中会存在一些噪声.噪声可以是热噪声、来自CPU内核的噪声、I/O端口切换和电源变化 等.在大多数情况下,此噪声足以使该方法生效.但在特殊情况下,可能需要人为地在输入信号中添加一 些噪声.这种方法称为抖动.图2-3 (a)所示的问题是所测量信号的电压值介于两个量化级之间.对四次采 样执行平均值计算也于事无补,因为结果同样会是低值.图2-3 (b)所示为人为地向输入信号中添加一些噪 声,转换结果的LSB将发生切换.将其中四次采样相加可使量化级减半,从而得出可更好地表示输入值的 结果,如图2-3 (c)所示.ADC的 虚拟分辨率 从10位提高到11位.此方法称为 抽取 ,将在 平均值 计算 一节中详细说明. AN2572 ?

2018 Microchip Technology Inc. DS00002572A_CN 第6页图2-3. 将分辨率从10位提高到11位 使用此方法的另一个原因是提高信噪比.增加有效位数ENOB会将噪声扩散到增大的二进制数上.噪声对每 个二进制位的影响将会降低.采样频率加倍会使带内噪声降低3 dB,并使测量分辨率提高0.5位. 输出值 输出值 输出值 AN2572 ?

2018 Microchip Technology Inc. DS00002572A_CN 第7页2.4 平均值计算 平均值计算的常规含义是添加m次采样,并将结果除以m,这称为常规平均值计算.对ADC测量数 据进行平均值计算相当于使用低通滤波器,其优势是衰减信号波动或噪声,并使输入信号中的尖 峰变平.为此,经常会用到移动平均法.其工作原理是取m个读数、将这些读数放入一个循环队列 并对最新的m个读数求平均值.由于每次采样均表示最后的m个样本,因此会稍有延时.此过程中 重叠或不重叠窗口均可.下图所示为七个(Av1-Av7)独立的移动平均法结果(没有重叠). 图2-4. 移动平均法原理 请务必记住,常规平均值计算不会提高转换的分辨率.抽取或插值为平均值计算方法,与过采样 相结合可以提高分辨率. 按照与常规平均值计算相同的方法,将通过对信号进行过采样实现的m次额外采样的值相加,但不 要向常规平均值计算那样将结果除以m,而是转为将结果右移n位(其中,n是分辨率所需增加的位 数)以正确换算答案.将二进制数右移1位相当于将二进制数除以系数2. 从公式2-2可以看出,将分辨率从10位提高到12位(即将分辨率增加2位),需要将4^2(16)个10位值相加.16个10位值的和将产生一个14位的结果,其中最后两位不能保存有价值的信息. 要 恢复 到12位表示形式,需要换算结果.以下公式中给出的sf是一个换算系数,要正确换算结 果,4 n 次采样的和应除以该系数.n是所需增加的位数. 公式2-3. 换算系数 如上所述(将分辨率从10位增加到12位),换算系数sf为2^2,即等于4. AN2572 ?

2018 Microchip Technology Inc. DS00002572A_CN 第8页2.5 过采样和抽取 在何时起作用? 通常在信号包含一些噪声时起作用.这种噪声经常具有高斯噪声的特性,通常称为白噪声或热噪 声,通过宽频谱识别,并且总能量在整个频率范围内均等分布.在这些情况下,如果噪声的幅值 足以切换ADC转换的LSB,则 过采样和抽取 的方法将起作用. 在其他情况下,可能需要人为地在输入信号中添加一些噪声信号.此方法称为抖动.此噪声的波 形应为高斯噪声,不过周期性波形也同样有效.此噪声信号应采用的频率取决于采样频率.经验 表明: 添加m次采样时,噪声信号周期不应超过m次采样的周期 .噪声的幅值应至少为