模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)知識(shí)整理與講解資料下載

混跡模擬領(lǐng)域，模擬工程師不懂模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)那怎么行?在電子領(lǐng)域中模擬技術(shù)是被公認(rèn)的最難的技術(shù)，眾多資深的模擬工程師無(wú)一不是從百上千次的實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)，不斷摸索。但是作為初級(jí)的模擬工程師呢?如何能夠快速的上手并在模擬技術(shù)領(lǐng)域快速的成長(zhǎng)呢?本文針對(duì)模擬工程師的必備知識(shí)-模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行了知識(shí)整理與講解。 什么是ADC,ADC是什么意思 ??adc: Analog-to-Digital Converter的縮寫,意思是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。實(shí)現(xiàn)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量的設(shè)備稱為?！獢?shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱ADC ??ADC(A/D轉(zhuǎn)換器) ??在ADC轉(zhuǎn)換器中，一般經(jīng)過(guò)采樣、保持、量化和編碼這四個(gè)步驟來(lái)完成從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 ??(1)采樣與保持 (2)量化與編碼 ?數(shù)字信號(hào)最低有效位的1即1LSB所代表的數(shù)量就是這個(gè)最小數(shù)量單位，稱為量化單位，用Δ表示。 ??將采樣輸出電壓用最小單位的整數(shù)倍來(lái)表示，這個(gè)過(guò)程就叫量化。 ??將量化的結(jié)果用代碼表示出來(lái)的過(guò)程就稱為編碼。編碼輸出的結(jié)果就是A/D轉(zhuǎn)換器的輸出。 A/D轉(zhuǎn)換電路方式 ???！獢?shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)其工作原理大致分為并行式和并/串式A/D、逐次逼近式、雙積分式和計(jì)數(shù)比較式A/D等幾種形式。 ??逐次逼近式A/D由電壓比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器(SAR)和控制邏輯等組成。 ?ADC0808/0809 IN0～I(xiàn)N7：模擬量輸入腳; ??ADDA、ADDB、ADDC：通道地址輸入端。 ??CLOCK：時(shí)鐘輸入端。 ??ALE：地址鎖存允許端。 ??START：?jiǎn)?dòng)脈沖輸入端。 ??EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)端。 ??OE：允許輸出端。 ??D7～D0引腳：轉(zhuǎn)換所得8位數(shù)據(jù)在這8個(gè)管腳上輸出，D7是最高位，D0是最低位。 ??UCC：電源正極輸入端，接 5 V。 ??GND：地端，電源負(fù)極接至該端。 ??UREF( )和UREF(-)：分別為基準(zhǔn)電壓UREF的高電平端和低電平端。 ADC的主要技術(shù)參數(shù) (1)分辨率 ??A/D的分辨率是使A/D輸出數(shù)字量最低位變化1所對(duì)應(yīng)的輸入模擬電壓變化的大小值。分辨率也用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)來(lái)表示，如8位A/D的分辨率就是8，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度也越高。 ??(2)量化誤差 ??用數(shù)字量近似表示模擬量的過(guò)程稱為量化。A/D轉(zhuǎn)換一般是按四舍五入原則進(jìn)行的，由此產(chǎn)生的誤差稱為量化誤差，量化誤差小于等于1LSB。 ??(3)精度 ??精度分為絕對(duì)精度和相對(duì)精度。 ??在一個(gè)A/D中，任何數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬電壓與其理想的電壓之差并不是一個(gè)常數(shù)，把差值中的最大值定義為該A/D的絕對(duì)精度;而相對(duì)精度則定義為這個(gè)最大差值與滿刻度模擬電壓的百分?jǐn)?shù)，或者用二進(jìn)制分?jǐn)?shù)來(lái)表示相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。 ??(4)轉(zhuǎn)換時(shí)間 ??轉(zhuǎn)換時(shí)間是完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，這是指從啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器開始到獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)所需要的總時(shí)間。 ADC關(guān)鍵性能指標(biāo)及誤區(qū) ??由于ADC產(chǎn)品相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和服務(wù)器需求小很多，用戶和集成商在選擇產(chǎn)品時(shí)對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)的理解難免有一些誤區(qū)，加之部分主流廠商刻意引導(dǎo)，招標(biāo)規(guī)范往往有不少非關(guān)鍵指標(biāo)作被作為必須符合項(xiàng)。接下來(lái)就這些誤區(qū)和真正的關(guān)鍵指標(biāo)做一些探討。 ??誤區(qū)1： CPU數(shù)量和主頻。 目前大部分廠商采用了類似的通用CPU架構(gòu)，但還是可能采用不同廠家的CPU。即使是同一個(gè)廠家，也可能是不同系列。最關(guān)鍵的是CPU數(shù)量和主頻并不代表 性能，除非是同一個(gè)廠家的同一個(gè)軟件。同樣，完全相同的硬件配置，不同廠商的架構(gòu)和系統(tǒng)發(fā)揮出來(lái)的性能可能相差數(shù)倍，正如完全相同的幾個(gè)人在不同的管理環(huán) 境下發(fā)揮出來(lái)的貢獻(xiàn)差別會(huì)很大。并行計(jì)算處理不好，由于CPU間信開銷及鎖的問(wèn)題，CPU數(shù)量增加并不意味性能增加。如果1個(gè)CPU可以跑出其它產(chǎn)品8個(gè) cpu的性能，誰(shuí)會(huì)選擇8個(gè)CPU的產(chǎn)品?成本，功耗，體積都會(huì)大很多。因此，CPU硬件配置并不代表性能。 ??誤區(qū)2： 內(nèi)存。 同樣與系統(tǒng)架構(gòu)相關(guān)。同樣與架構(gòu)有關(guān)，對(duì)于CPU獨(dú)享內(nèi)存的架構(gòu)，每個(gè)核即使只配置2G內(nèi)存，一個(gè)8核的產(chǎn)品就需要16G內(nèi)存，但每個(gè)核可訪問(wèn)的內(nèi)存資源 只有2G。這樣的架構(gòu)一份數(shù)據(jù)需要復(fù)制多次并保存多份，使用效率很低，最終也會(huì)影響到性能。而共享內(nèi)存架構(gòu)的產(chǎn)品，每個(gè)核可以訪問(wèn)所有內(nèi)存資源，數(shù)據(jù)也只 需要保存一份。如果是32位操作系統(tǒng)，共享內(nèi)存架構(gòu)4G內(nèi)存的實(shí)際效率就超過(guò)獨(dú)享內(nèi)存架構(gòu)的任意配置產(chǎn)品(目前A10之外的產(chǎn)品均為32位操作系統(tǒng)，獨(dú)享 內(nèi)存架構(gòu))。64位操作系統(tǒng)突破4G的限制，實(shí)際效率就會(huì)更高。因此，內(nèi)存不代表性能。如果一定要比較，需要比較每個(gè)核可訪問(wèn)的內(nèi)存資源。 ??誤區(qū)3：端口數(shù)量。ADC產(chǎn)品不同于2/3層交換機(jī)，端口數(shù)量代表可連接更多設(shè)備。ADC產(chǎn)品部署環(huán)境一定會(huì)有2/3層交換機(jī)，服務(wù)器不需要直接連接到ADC產(chǎn)品。只要端口數(shù)量大于實(shí)際需要的吞吐量并有足夠端口與交換機(jī)連接即可。 ??誤區(qū)4：交換能力。 這個(gè)指標(biāo)也是沿用了交換機(jī)的指標(biāo)。交換機(jī)性能與交換矩陣芯片交換能力密切相關(guān)，與CPU關(guān)系不是很大。而ADC產(chǎn)品則不同，交換矩陣并不是必須部件，大多 產(chǎn)品采用通用CPU架構(gòu)使用PCIe總線擴(kuò)展接口，這部分已經(jīng)不是ADC產(chǎn)品的瓶頸所在。ADC性能基本取決于系統(tǒng)整體架構(gòu)下CPU發(fā)揮出來(lái)的效率。而且 大部分產(chǎn)品本身已經(jīng)是服務(wù)器的硬件架構(gòu)，應(yīng)該沒(méi)有人對(duì)服務(wù)器要求交換能力的指標(biāo)。 ??可以看出，誤區(qū)所在均為沿用了服務(wù)器或交換機(jī)的一些指標(biāo)，這些硬件配置并不代表ADC產(chǎn)品的真正性能，但一些廠商還是刻意利用這些指標(biāo)(尤其是CPU和內(nèi)存)來(lái)誤導(dǎo)客戶屏蔽競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。ADC真正關(guān)鍵的性能指標(biāo)如下。 ??1. 4/7層吞吐量。由于需要CPU進(jìn)行復(fù)雜的4-7層處理，4/7層吞吐量交2/3層吞吐量要低很多，但這是ADC真正能處理的數(shù)據(jù)吞吐量。這也是2/3層 吞吐量對(duì)于ADC產(chǎn)品并不關(guān)鍵的原因。這個(gè)指標(biāo)的測(cè)試方式通常是發(fā)送盡可能多HTTP GET請(qǐng)求，服務(wù)器應(yīng)答較大HTTP對(duì)象(如512Kbytes或1MBytes，會(huì)分為若干數(shù)據(jù)包傳輸)，計(jì)算無(wú)失敗情況下線路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。差異在 于不同儀表廠商或不同測(cè)試可能會(huì)不計(jì)算2/3層包頭或GET請(qǐng)求部分，由于這部分所占比例極小，影響不是很大。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，橫向比較時(shí)應(yīng)該確定所取HTTP 對(duì)象大小及是否計(jì)算2/3層包頭部分。 ??2. 4層每秒新建連接速率(L4 CPS)。 衡量ADC產(chǎn)品每秒鐘可以處理多少個(gè)TCP新建連接。通常測(cè)試方法為發(fā)送盡可能多的HTTP GET請(qǐng)求，服務(wù)器應(yīng)答較小HTTP對(duì)象(如1Bytes，128Bytes，1KBytes)， ADC產(chǎn)品在中間只根據(jù)4層信息進(jìn)行復(fù)雜均衡。每個(gè)連接需要完整的3次握手建立過(guò)程，GET請(qǐng)求，和TCP關(guān)閉連接過(guò)程。這個(gè)指標(biāo)對(duì)于ADC產(chǎn)品應(yīng)付突發(fā) 大量連接非常重要。好比一個(gè)地鐵入口的通過(guò)率一樣，如果入口太小，客流突然增加時(shí)，如果客人無(wú)法進(jìn)入，業(yè)務(wù)自然會(huì)受到影響。比較該指標(biāo)時(shí)需要注意所取 HTTP對(duì)象大小。 ??3. 7層每秒新建連接速率(L7 CPS)。與4層新建連接速率類似，只是ADC產(chǎn)品在中間需要根據(jù)應(yīng)用層信息進(jìn)行服務(wù)器選擇(通常測(cè)試使用url交換)，而且每個(gè)TCP連接上只能傳輸1 個(gè)HTTP請(qǐng)求。使用7層處理對(duì)CPU效率要求更高。如同進(jìn)入地鐵時(shí)需要核查客人更多信息和安檢一樣，其通過(guò)率比正常通過(guò)率會(huì)有不同程度降低。A10產(chǎn)品 通常可以做到4層新建連接速率的70-80%，而其它很多廠商只能做到30-40%。比較該指標(biāo)時(shí)同樣要注意HTTP對(duì)象大小和每個(gè)TCP連接傳輸?shù)恼?qǐng)求 數(shù)。