分辨率是传感器测量可以精确到多少位。
精度是传感器能实现的测量精确度。
编码器的分辨率,是指编码器可读取并输出的最小角度变化,对应的参数有:
每转刻线数(line)、每转脉冲数(PPR)、最小步距(Step)、位(Bit)等。 最小测量步距就是编码器的分辨率。
编码器的精度,是指编码器输出的信号数据对测量的真实角度的准确度,对应的参数是角分(′)、角秒(″)。
“分辨率”和“精确度”——即Resolution和Accuracy
ADC分辨率由数字化输入信号时所使用的比特数决定。
而精确度是指对于给定模拟输入,实际数字输出与理论预期数字输出之间的接近度。
传感器的精度和分辨率的区别
分辨率就是传感器的灵敏度,即引起输出变化的最小输入量,
数字式仪表通常决定于A/D转换器的位数精度是传感器重复测量同一标准值的最大百分误差,
是校准后衡量准确程度的指标分辨率要优于精度几倍
分辨率,“通常决定于A/D转换器的位数”,或看其输出值的最后一位。
精度——是指在真值附近正负三倍标准差的值与量程之比,是指测量值与真值的最大差异;
分辨率——是值引起示值改变的最小测量值;应与灵敏系数分开(灵敏系数—指输出与输入之比)
关于精密度Precision 准确度Accuracy 和 分辨率Resolution
精密度Precision + 准确度Accuracy = 精确度。
LSB(Least Significant Bit),意为最低有效位;
MSB(Most Significant Bit),意为最高有效位,
若MSB=1,则表示数据为负值,若MSB=0,则表示数据为正。
LSB这一术语有着特定的含义,它表示的是数字流中的最后一位,也表示组成满量程输入范围的最小单位。
对于12位转换器来说,LSB的值相当于模拟信号满量程输入范围除以2^12 或 4,096的商。
丢失的只可能是最低端或最高端的编码。
例如,误差为+8LSB ((+3LSB失调误差) + (+5LSB增益误差)) 的一个12位转换器可能输出的编码范围为0 至 4,088。
丢失的编码为4088至4095。相对于满量程这一误差很小仅为其0.2%。
与此相对,一个误差为-3LSB((-3LSB失调误差)—(-5LSB增益误差))的12位转换器输出的编码范围为3至4,095。此时增益误差会造成精度下降,但不会使编码丢失。丢失的编码为0、1和2。这两个例子给出的都是最坏情况。在实际的转换器中,失调误差和增益误差很少会如此接近最大值。
在实际应用中,由于ADC失调或增益参数的改进而使性能提升的程度微不足道,甚至可以忽略。
利用固件设计可以很容易地实现数字校准算法。但更重要的是,电路的前端放大/信号调理部分通常会产生比转换器本身更大的误差。
通过上面的讨论可以对本文开头提到的错误结论有一个更为全面而清晰的认识。
事实上,上述的12位转换器的精度约为11.997位。采用微处理器或单片机可以利用简单的校准算法消除这种失调和增益误差,这对设计人员来说无疑是个好消息。
分辨率和精度之间的差异。
举例来说,当两个转换器都具有12 bit的相同分辨率时,但其中一个可能只有10bit的精度,
而另一个可能具有14bit的精度,应当认识到这两种转换器具有不一样的性能。
还有就是,即使增加分辨率bit数而达不到这些增加的bit数所提高的精度,也不能达到提高精度的目的。
在与使用模数转换器 (ADC) 的系统设计人员进行交谈时,我最常听到的一个问题就是:
“你的16位ADC的精度也是16位的吗?”
这个问题的答案取决于对分辨率和精度概念的基本理解。尽管是两个完全不同的概念,这两个数据项经常被搞混和交换使用。
今天的博文详述了这两个概念间的差异。我们将在一系列帖子中深入研究造成ADC不准确的主要原因。
ADC的分辨率被定义为输入信号值的最小变化,这个最小数值变化会改变数字输出值的一个数值。
对于一个理想ADC来说,传递函数是一个步宽等于分辨率的阶梯。
然而,在具有较高分辨率的系统中(≥16位),传输函数的响应将相对于理想响应有一个较大的偏离。
这是因为ADC以及驱动器电路导致的噪声会降低ADC的分辨率。
此外,如果DC电压被施加到理想ADC的输入上并且执行多个转换的话,数字输出应该始终为同样的代码(由图1中的黑点表示)。
现实中,根据总体系统噪声(也就是包括电压基准和驱动器电路),输出代码被分布在多个代码上(由下面的一团红点表示)。
系统中的噪声越多,数据点的集合就越宽,反之亦然。
图1中显示的是一个中量程DC输入的示例。ADC传递函数上输出点的集合通常被表现为ADC数据表中的DC柱状图。
图1中的图表提出了一个有意思的问题。
如果同样的模拟输入会导致多个数字输出,那么对于ADC分辨率的定义仍然有效吗?
是的,前提是我们只考虑ADC的量化噪声。
然而,当我们将信号链中所有的噪声和失真计算在内时,
正如等式 (1) 中所显示的那样,ADC的有效无噪声分辨率取决于输出代码分布 (NPP)。
在典型ADC数据表中,有效位数 (ENOB) 间接地由AC参数和信噪失真比 (SINAD) 指定,可使用方程式2计算得出:
下面,考虑一下图1中的输出代码簇(红点)不是位于理想输出代码的*,
而是位于远离黑点的ADC传递曲线上的其他位置(如图2中所示)。
这个距离是指示出采集系统精度。
不但ADC,还有前端驱动电路、基准和基准缓冲器都会影响到总体系统精度。