Würde sich eine Reduzierung der Referenzspannung eines ADC auf die Genauigkeit auswirken?

Zu folgenden Informationen aus einem Papier:

Der Absatz beschreibt, was passiert, wenn der ADC Vref reduziert wird.

Es gibt die Aussage aus dem obigen Zitat:

Wenn Sie die Referenzspannung auf 0,8 V reduzieren, entspricht das LSB 100 mV, sodass Sie einen kleineren Spannungsbereich (0 bis 0,8 V) genauer messen können.

Ist es nicht falsch, "mit größerer Genauigkeit" zu sagen? Sollte es nicht stattdessen "präziser" sein?

(Ich frage, denn wenn ich diesen Punkt nicht klarstelle, werde ich den Rest falsch verstehen.)

Ich denke, Präzision bedeutet mehr Zahlen, wie: 1,23 V gegenüber 1,2300 V, letzteres hat mehr Präzision . Dies sagt jedoch nichts über den wahren Wert der Spannung aus. Es ist möglich, dass mein ungenaues Messgerät 1,2300 V anzeigt, während die tatsächliche Spannung 1,220000 V beträgt

Mehr Genauigkeit bedeutet, dass der Wert, den ich erhalte, näher am tatsächlichen Wert liegt. Mein genaues Messgerät würde also Folgendes anzeigen: 1,221 V, während der tatsächliche Wert 1,220000 V beträgt.

1,221 V haben also eine höhere Genauigkeit (aber eine geringere Präzision).

während

1,2300 V hat eine höhere Präzision (aber eine geringere Genauigkeit).

Im ADC-Beispiel bleibt die Anzahl der Zahlen (unterschiedliche Messwerte) gleich: 8 Messwerte. Die Präzision bleibt also unabhängig von der Referenzspannung unberührt. Die Genauigkeit nimmt jedoch zu, wenn die Referenzspannung verringert wird, da die LSB-Intervalle kleiner werden, wenn Vref abnimmt. Dies bedeutet, dass der Wert des Fehlers zwischen der tatsächlich gemessenen Spannung und dem Wert, den der ADC ausgibt ( Quantisierungsfehler ), kleiner wird.

Außerdem: Stattdessen verwenden "Präzisions" -Ingenieure häufiger "Auflösung".

Ist es nicht falsch, "mit größerer Genauigkeit" zu sagen? Sollte es nicht stattdessen "präziser" sein?

Oh gut. Jemand, der den Unterschied kennt.

Bis zu einem gewissen Grad ja, mit größerer Genauigkeit. Aber wahrscheinlich nicht durch das Verhältnis, in dem Sie die Referenzspannung reduziert haben, und auf einen abnehmenden Betrag, wenn Sie dies tun. Einige der Fehlerquellen in einem ADC befinden sich im Front-End und werden im Grunde genommen als Spannung am Eingang wiedergegeben. Aber - hauptsächlich für SAR-ADCs - sind einige der Fehlerquellen in einem ADC in der Konvertierung selbst enthalten.

Eine stark vereinfachte Beschreibung des Betriebs eines SAR-Wandlers besteht darin, dass er fundierte Vermutungen über die Antwort anstellt, diese auf einen DAC anwendet und das resultierende analoge Signal mit dem Eingang vergleicht. Die Nichtlinearität (inkrementell und integral) eines ADC beruht fast ausschließlich auf dem eingebauten DAC, und eine Verringerung der Referenzspannung sollte die Größe dieser Fehler proportional verringern.

Das Reduzieren der Referenzspannung bedeutet einfach, dass die Größe der "Schritte" zwischen digitalen Werten reduziert wird. Dies erhöht die Auflösung des Wandlers auf Kosten des Bereichs, aber wenn der Messbereich ähnlich eingeschränkt ist, ist die erhöhte Auflösung ein Vorteil.

Ich würde nicht erwarten, dass sich eine Änderung der Referenzspannung auf die Genauigkeit auswirkt, außer dass in einigen Fällen, wenn Sie die Referenzspannung auf oder nahe der Versorgungsspannung einstellen, die Linearität am oberen Ende des Bereichs in einigen Fällen darunter leiden kann (dies) ist wahrscheinlich eher ein Problem mit DACs als mit ADCs).

Die Genauigkeit in ADCs oder DACs besteht aus drei Komponenten: Offset, Linearität und Rauschen. Der Versatz ist effektiv die Differenz zwischen Null Volt und der Spannung, die tatsächlich zu einem Nullwert führt. Linearität ist die Konsistenz der Schrittgröße über den gesamten digitalen Bereich. Rauschen ist, wie viel Änderung Sie erwarten können, wenn dieselbe Eingabe mehrmals hintereinander gelesen wird. Ich würde nicht erwarten, dass eine Änderung der Referenzspannung einen Einfluss auf diese hat, außer auf die Linearität, wie ich bereits sagte.

Mit kleinerem Vref hat der ADC-Komparator kleinere Spannungen, die zum Treffen von Entscheidungen verwendet werden müssen, wodurch sich die Fehler (die differentielle Nichtlinearität) ändern.

Sie werden die gleichen # Bits heraus haben, aber die integrale Linearität und die differentielle Linearität werden IMHO unvorhersehbar.

Zusätzlich werden das zufällige Rauschen und die Unterdrückung der Stromversorgung wichtiger. Wenn die sukzessive Approximation durch Ladungsteilung usw. durchgeführt wird, ist die Größe der Kondensatoren (binär gewichtet?) Von Bedeutung. Verwenden von

Vnoise = sqrt (K * T / C)

Sie berechnen, dass das GESAMT integrierte Zufallsrauschen eines 10pF-Kondensators 20 Mikrovolt RMS oder etwa 130 Mikrovolt PeakPeak bei 1PPM beträgt. Wenn die Kappen kleiner werden, z. B. 0,1 pF, beträgt das PeakPeak-Rauschen jetzt sqrt (10p / 0,1p) oder sqrt (100) oder 10X mehr zufälliges Rauschen, was 1.300 Mikrovolt entspricht.

Typischerweise bezieht sich der Begriff "Genauigkeit" auf einen systematischen Teil des Fehlers, während sich "Präzision" auf den zufälligen Teil bezieht:

Durch Verringern des ADC-Bereichs (durch Verringern der Referenzspannung) wird die Auflösung erhöht und das Quantisierungsrauschen (das nicht systematisch ist *) verringert, wodurch das Absolute verbessert wird Genauigkeit . Diese Verbesserung ist jedoch nur sichtbar, wenn das Quantisierungsrauschen dominiert: Wenn eine andere Art von signifikantem Zufallsrauschen (z. B. von Wechselstrom auf der Stromversorgungsleitung) vorliegt, ist die Verbesserung der Präzision nicht spürbar.

Die Genauigkeit (auch bekannt als Wahrhaftigkeit) kann je nach den internen Eigenschaften des ADC ebenfalls besser werden. Nichtlinearitäts- und Verstärkungsfehler sind (normalerweise) proportional zur Referenzspannung, so dass diese absoluten Fehler typischerweise reduziert werden, während sich der Versatzfehler häufig nicht ändert. Die allgemeine Änderung der Genauigkeit hängt wiederum davon ab, welcher dieser Fehler dominiert.

Laut Wikipedia kann "Genauigkeit" verwendet werden, um eine Kombination aus zufälligen und systematischen Fehlern zu beschreiben. Wenn also sowohl Präzision als auch Richtigkeit verbessert werden, ist es nicht falsch zu sagen, dass die Messung eine bessere Genauigkeit aufweist.

_{(*) - Der Quantisierungsfehler hängt tatsächlich vom Signal ab, ist jedoch eine sehr nützliche Annahme für das additive Rauschmodell, das automatisch gilt, wenn dieser Fehler relativ klein ist. Wenn das Quantisierungsrauschen groß ist, wird häufig künstliches Zufallsrauschen ( Dithering ) angewendet, damit das additive Rauschmodell funktioniert.}

Ich glaube, dass Sie einfach nicht alle Informationen haben. Es ist sicher wahr, dass Auflösung und Genauigkeit zwei sehr unterschiedliche Dinge sind. Die absolute Auflösung oder Spannungsauflösung ist direkt eine Funktion der Referenzspannung des Wandlers. Mit$N$ Bits ist die Spannungsauflösung $V_{ref}/2^N$. Das Wort Präzision ist in dieser Diskussion keine gute Wahl. Seine Bedeutung ist weniger genau definiert und bezieht sich im Allgemeinen mehr auf die Wiederholbarkeit einer Messung.

Ich denke jedoch, dass auf der einen Folie, die Sie zeigen, fehlt, dass die Genauigkeit eines ADC-Wandlers normalerweise als eine bestimmte Anzahl von Bits und nicht als absolute Spannung angegeben wird. Das Spannungsäquivalent eines "Bits" ist der Betrag der Spannungsänderung, der eine Änderung von eins im LSB des konvertierten Werts verursachen würde. Dies wird manchmal nur genannt$V_{LSB}$. Wenn Sie also die Referenzspannung ändern, wird der Wert von$V_{LSB}$ändert sich auch und die relative Genauigkeit des Konverters bleibt gleich. Niedrigere Werte der Referenzspannung führen jedoch zu kleineren Werten von$V_{LSB}$Das Verringern der Referenzspannung führt zu einer geringeren absoluten Genauigkeit (in Volt).