分辨率和精度—即Resolution和Accuracy。這是兩個不同的參數，卻經常被混用。并且ADC制造商在數據手冊中定義ADC性能的方式也令人困惑，可能會讓大家在應用開發中導致錯誤的推斷。但事實上，分辨率并不能代表精確度，反之亦然。

本文提出并解釋了ADC“分辨率“和“精度”所存在的差異問題，希望能對您有所幫助。

 

分辨率和精度

首先帶大家了解一下“分辨率“和“精度”兩者的基本釋義。

1.分辨率

分辨率（Resolution）是指ADC能夠分辨量化的最小信號的能力，用二進制位數表示。

比如：一個10位的ADC，其所能分辨的最小量化電平為參考電平（滿量程）的2的10次方分之一。即分辨率越高，就可以將滿量程里的電平分出更多份數，得到的結果就越精確，得到的數字信號再用DAC轉換回去后就越接近原來輸入的模擬值。

所以，對于給定的一個具體ADC器件，其分辨率值是固定的。

2.精度

精度（Precision）是指對于給定模擬輸入，實際數字輸出與理論預期數字輸出之間的接近度（誤差值是多少）。換而言之，轉換器的精度決定了數字輸出代碼中有多少個比特表示有關輸入信號的有用信息。

有些ADC器件的datasheet中，會注明精度值或精度范圍。

對于給定的一個具體ADC器件，其精度值可能會受外界環境（溫度、干擾等）的影響而變化。

ADC的動態范圍精確度和分辨率

大家了解了“分辨率“和“精度”兩者的基本釋義后，接下來小智來跟大家講講它們與動態范圍、噪聲層的關系等。動態范圍被定義為系統可測量到的最小和最大信號的比例。

最大信號可為峰間值，零到峰（Zero-to-Peak）值或均方根（RMS）滿量程。其中任何一個都會給出不同值。例如，對于一個1V正弦波來說：峰間（滿量程）值＝2V 零到峰值＝1V

RMS滿量程＝0.707×峰值振幅＝0.707×1V＝0.707V

最小信號通常為RMS噪聲，這是在未應用信號時測量的信號的均方根值。測量得到的RMS噪聲級別將取決于測量時使用的帶寬。每當帶寬翻倍，記錄的噪聲將增長1.41或3dB。

因此，一定要注意動態范圍數字始終與某個帶寬相關，而后者通常未被指定，這使記錄的值變得沒有意義。 器件的信噪比（SNR）和動態范圍多數時候被定義為同一個值，即：動態范圍 ＝SNR＝RMS滿量程/RMS噪聲 并且經常使用dB作為單位，即動態范圍（dB） ＝ SNR（dB） ＝ 20*Log10 （RMS滿量程/RMS噪聲）

與使用RMS滿量程相反，一些制造商為了使圖表看上去更漂亮，引用零到峰或峰間值，這使得最終的動態范圍或SNR增加了3dB或9dB，因此我們需要仔細研究規范以避免誤解。

ADC分辨率由數字化輸入信號時所使用的比特數決定。對于16位器件，總電壓范圍被表示為（216 =65536）個獨立的數字值或輸出代碼。因此，系統可以測量的絕對最小電平表示為1比特，或ADC電壓范圍的1/65536。

如前所述，對于16位ADC分辨率，由于出現內部或外部誤差源，實際的精確度可能遠小于分辨率。因此，舉例而言，一個給定的16位ADC可能只能提供12位的精確度。對于這種情況，4LSb（最低有效位）表示ADC中生成的隨機噪聲。ADC動態范圍和ADC精確度通常指相同的內容。

理想ADC生成一個數字輸出代碼，是關于模擬信號電壓和電壓參考輸入的方程，其中

輸出代碼 ＝ 滿量程電壓 × ［VIN+ - VIN-］ / ［VREF+ - VREF-］

               ＝ 滿量程電壓 × ［VIN /VREF］

每個數字輸出代碼表示參考電壓的一個小數值。

必須注意，ADC動態范圍應當匹配將要轉換的信號的最大振幅，這樣才能使ADC轉換精度最大化。現在假設將要轉換的信號在0V到2.5V間變化，而VREF等于3.3V。

16位ADC將包括216 ＝ 65536個步驟或轉換，且最低有效位（LSB）＝VREF/65536＝3.3V/65536＝50.35uV。對于理想的ADC，所有代碼都具有1LSB的相同寬度。

如果ADC的最大信號值為2.5V，那么意味著總共有49652次轉換（2.5V/1LSB）。對于這種情況，將有15884次轉換未被使用（65536-49652＝15884）。這反應了轉換后的信號精確度損失或ENOB（有效位數）損失（損失0.4位）。如果ADC參考（VREF）和ADC最大信號電平之間的差異增加，那么ENOB損失或精確度損失將加劇。例如，如果ADC最大信號電平為1.2V且VREF＝3.3V，那么ENOB損失將為1.5位。因此ADC動態范圍一定要匹配最大信號振幅，以獲得最高精確度。

模數轉換器（ADC）宣稱具有“n”位分辨率，這常常被誤解為精確度。分辨率和精確度完全是兩個概念，兩者不能混用。應該由具體的應用來確定是否允許丟失代碼以及所需ADC精確度。

總結

分辨率和精度，不要拿在一起混為一談，其中“精度”是用來描述物理量的準確程度的，而“分辨率”是用來描述刻度劃分的。

其實，對于ADC來說，這兩樣都是非常重要的參數，往往也決定了芯片價格，顯然，我們都清楚同一個系列，16位AD一般比12位AD價格貴，但同樣是12位AD，不同廠商間又以什么參數區分性能呢？性能往往決定價格，那么什么參數對價格影響較大呢？此時就要用精度來衡量。

引用一個別人的比喻：有這么一把常見的塑料尺，它的量程是10厘米，上面有100個刻度，最小能讀出1毫米的有效值。那么我們就說這把尺子的分辨率是1毫米，或者量程的1%；而它的實際精度就不得而知了（假設是0.1毫米）。

當我們用火來烤一下它，并且把它拉長一段，然后再考察一下它。我們不難發現，它還有100個刻度，它的“分辨率”還是1毫米，跟原來一樣！然而，您還會認為它的精度還是原來的0.1毫米么？