用梯度均值法提高LPC2138的模数转换器的分辨率

 

　　在数据采集系统中，模/数转换器是其中至关重要的环节。模/数转换器的精度以及系统的成本直接影响到系统的实用性，因此，如何提高模/数转换器的精度和降低系统的成本，是衡量系统是否具有实际应用价值的标准。

　　现在很多微控制器内部集成了A/D芯片，但常常达不到应用的要求，于是不得不浪费内部的A/D资源，花费资金去外扩一枚精度更高的A/D芯片。本设计实现了一种提高了已有的ADC分辨率的方法，适用于已有ADC分辨率达不到要求和精度要求不是特别严格的情况。

　　1 梯度均值A/D方案

　　定义1 设x为实数，[x]表示不大于x的最大整数，则称f(x)=[x]为x的取整函数。

　　定义2 设x为实数，表示对小数部分四舍五入的取整运算，则称g(x)=为x的量化函数。

　　显然，令V通过量化单位为q的A/D系统，恰好等价于对x=V/q的量化运算(记为D=)，稳定的D输出才有意义。为此系统总的噪声水平应小于q/2，否则D只能稳定读出与此相适应的前N位有效数字，其后各位将被舍弃。由于噪声干扰是随机的，为了降低有效q值，提高系统容量，通常采取多次测量的均值滤波法进行处理。在此基础上提出的梯度均值A/D方案，利用了数论中的整数特性，其结构如图1所示。

　　

 

　　不妨称其中的A/D转换部分为基本量化系统，阶梯形输入信号为Vis，其幅度值

　　

 

　　以等梯度递增，总幅度为1个量化单位q，其中m为正整数。该系统的输入信号V和阶梯波信号Vis依次叠加后送入基本量化系统，其量化输出信号Di输出到数据处理单元进行存储、处理。以基本量化系统的2m次Di的稳定量化输出的均值为系统输出，那么，有梯度均值A/D方案基本定理：设基本量化系统的量化单位为q，传递函数为

　　

 

　　则图1所示A/D系统的等效量化单位为q/2m，传递函数为

　　

 

　　即系统容量扩大为基本量化系统容量的2m倍。