AD位数对量化精度的影响分析

数采设备通过AD进行量化，量化是指现实世界中的时域信号的连续幅值离散成若干个量化量级，实质是幅值转换精度。一个量化量级是指最小的量化电平大小（电平间隔），类似于刻度尺的最小刻度，刻度尺的最小刻度是1mm，1mm之内的读数都是估读出来的，不精确。如果想将最小刻度再提高，这时可以用游标卡尺来测量尺寸，这样，测量的精度更高。AD位数与这个刻度原理相似，AD位数越高，量化量级（可理解为最小刻度）越小，转换后的数据幅值精度越高。如图2-26所示，虚线表示相应的量化电平（刻度），所有转换后的幅值只能位于这些虚线所表示的量化电平之上，其他位置没有任何量化电平。

对于M位AD而言，假设为理想的模数转换器，则其对应的量化量级份数N为

图2-26 AD量化

N=2^M-1

对于电压满量程为±AV的数采设备而言，其量化量级大小Q为

Q=2A/2^M

通常数采设备的满量程是一定的，通常为±10V，因而AD位数越高，量化量级越小，数据转换精度越高。AD位数对应的量化份数和量化量级见表2-1。(www.xing528.com)

表2-1 不同AD位数的结果

从表2-1可以看出，在量程相同的情况下，AD位数越高，量化量级越小。AD位数为8位时，量化电平间隔为78.1mV，模数转化后的幅值电压只能是78.1mV的倍数，而24位AD转换后的幅值电压则为1.19μV的倍数。这就是为什么AD位数低于16位时，包括16位AD的数采设备在AD转换之前需要用放大器把AD转换前的信号放大之后再进行量化，以减小量化误差。

图2-27中考虑将量程为±1.5V用4位AD和5位AD进行量化，来说明不同AD位数带来的差异。4位AD只能用4位来存储数据，因此，满量程被划分为15份，而5位AD则可以划分为31份。从图2-27中可以看出，相同的量程，高位AD对应的量化电平间隔小，测量相同幅值的信号时，高位AD精度高。另外，4位AD对应的动态范围为24dB，5位AD对应的动态范围为30dB。关于这一点，将在下面进行说明。

图2-27 4位AD与5位AD的区别