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1、ADC 的 过采样技术其实原理很简单, 很容易明白, 怎样实现提高分辨率? 假定环境条件: 10 位 ADC 最小分辨电压 1LSB 为 1mv 假定没有噪声引入的时候, ADC 采样上的电压真实反映输入的电压, 那么小于 1mv 的话,如 ADC 在 0.5mv 是数据输出为 0 我们现在用 4 倍过采样来, 提高 1 位的分辨率, 当我们引入较大幅值的白噪声: 1.2mv 振幅(大于 1LSB), 并在白噪声的不断变化的情况下, 多次采样, 那么我们得到的结果有 真实被测电压 白噪声叠加电压 叠加后电压 ADC 输出 ADC 代表电压 0.5mv 1.2mv 1.7mv 1 1mv 0.5
2、mv 0.6mv 1.1mv 1 1mv 0.5mv -0.6mv -0.1mv 0 0mv 0.5mv -1.2mv -0.7mv 0 0mv ADC 的和为 2mv, 那么平均值为: 2mv/4=0.5mv! 0.5mv 就是我们想要得到的 这里请留意, 我们平时做滤波的时候, 也是一样的操作喔! 那么为什么没有提高分辨率? 是因为, 我们做滑动滤波的时候, 把有用的小数部分扔掉了, 因为超出了字长啊, 那么 0.5 取整后就是 0 了, 结果和没有过采样的时候一样是 0 , 而过采样的方法时候是需要保留小数部分的, 所以用 4 个样本的值, 但最后除的不是 4, 而是 2! 那么就保留了
3、部分小数部分, 而提高了分辨率! 从另一角度来说, 变相把 ADC 的结果放大了 2 倍(0.5*2=1mv), 并用更长的字长表示新的 ADC 值, 这时候, 1LSB(ADC 输出的位 0)就不是表示 1mv 了, 而是表示 0.5mv, 而(ADC 输出的位 1)才是原来表示 1mv 的数据位, 下面来看看一下数据的变化: ADC 值相应位 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0.5mv 测量值 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0mv(10 位 ADC 的分辨率 1mv,小于 1mv 无法分辨,所以输出值为 0)叠加白噪声的 4 次过采样值的和 0 0 0 0 0 0 0 0
4、 1 0 2mv 滑动平均滤波 2mv/4 次 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0mv(平均数, 对改善分辨率没作用) 过采样插值 2mv/2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2mv/2=0.5mv, 将这个数作为 11 位 ADC 值, 那么代表就是 0.5mv 这里我们提高了 1 位的 ADC 分辨率 这样说应该就很简单明白了吧, 其实多出来的位上的数据, 是通过统计输入量的分布, 计算出来的, 而不是硬件真正分辨率出来的, 引入噪声并大于 1LSB, 目的就是要使微小的输入信号叠加到 ADC 能识别的程度(原 ADC 最小分辨率). 理论来说, 如果 ADC 速度够快
5、, 可以无限提高 ADC 的分辨率, 这是概率和统计的结果 但是 ADC 的采样速度限制, 过采样令到最后能被采样的信号频率越来越低, 就拿 stm32 的 ADC 来说, 12ADC, 过采样带来的提高和局限 分辨率 采样次数 每秒采样次数 12ADC 1 1M 13ADC 4 250K 14ADC 16 62.5K 15ADC 64 15.6K 16ADC 256 3.9K 17DC 1024 976 18ADC 4096 244 19ADC 16384 61 20ADC 65536 15 要记住, 这些采样次数, 还未包括我们 要做的 滑动滤波, 看到这些文档, 啰啰嗦嗦说一大堆公式什么的, 忍不住就随便写了些, 如果我是做 IC 的, 我一定要求把文档写到白话文一样, 小学生都能看明白的, 自然小学生都会用, 人多用了, 才有钱赚嘛, 都不知道这些芯片厂是怎么推广的, 写一大堆公式有什么用, 这么复杂的芯片都设计了, 写个文档却马马虎虎, 其实不管多复杂的公式, 实现起来还不是加减乘除, 废话少说, 有时间再写了.
