ADC 江湖风云变幻,局势不断升级,紧张刺激!究竟是内置 ADC 更胜一筹还是外置ADC 棋高一着?如今 12 位 ADC 几乎是单片机内置 ADC 的标配,既然如此,我们为什么还需要独立的 ADC?
其实,关于究竟应该选择内置 ADC 还是外部 ADC,并没有确切的规定。而是要看具体追求的性能指标,并参考对系统造价等方面的评估。
各位道友,搬好小板凳,今天我们一起从六个维度,观战 MCU 内置 ADC 大战外部 ADC!
ADC 江湖风云变幻,局势不断升级,紧张刺激!究竟是内置 ADC 更胜一筹还是外置ADC 棋高一着?如今 12 位 ADC 几乎是单片机内置 ADC 的标配,既然如此,我们为什么还需要独立的 ADC?
其实,关于究竟应该选择内置 ADC 还是外部 ADC,并没有确切的规定。而是要看具体追求的性能指标,并参考对系统造价等方面的评估。
各位道友,搬好小板凳,今天我们一起从六个维度,观战 MCU 内置 ADC 大战外部 ADC!
第一维:系统集成度
单片机内置 ADC:ADC 内置于单片机内部,集成度高,不需要额外的硬件。适合对外围元件要求较低、系统硬件成本敏感的应用场合。因为与其他模块共享单片机的资源,体积小,集成方便。
外部 ADC:需要额外的 ADC 芯片,增加了硬件复杂性和成本,但性能更优。适用于对采样精度、采样速率、抗干扰能力等要求高,降低嵌入式软件开发成本的场合。
第二维:成本
单片机内置 ADC:ADC 集成在单片机内部,降低了系统的硬件生产成本,特别是在低成本预算项目,或者需要大批量生产制造的消费类电子产品。如果单片机担负任务繁重时,会增加其软件开发成本。对于ADC性能要求较高时,集成单片机的方案可能会比分立方案成本更高。
外部 ADC:由于需要外部的 ADC 及其辅助电子元器件,生产制造成本较高,通常用于需要高性能的工业,医疗,汽车电子,雷达,通信设备,科学实验测量仪器中。对独立 ADC 的编程控制会比较容易,会显著降低控制软件开发成本。
第三维:分辨率与采样精度
单片机内置 ADC:绝大多数内置的 ADC 的分辨率为 8 位、10 位或 12 位,部分高端单片机提供了 16 位的 ADC,但 ADC 实际采样精度受到 MCU 内部电路设计、噪声和电源稳定性的影响,比独立的 ADC 的实际精度低。有效位数(ENOB) 明显小于标称位数(Resolution),单片机片上 12 位 ADC 在实际工作中的有效位通常只有 10 位,甚至更低。常用于缓慢变化的模拟信号采集,而且对转换精度要求不高的应用场景,如在一些温度传感器、光敏电阻、压力传感器应用当中。
外部独立 ADC:可以提供更高的分辨率(16 位、18 位及 24 位),并且在设计上专门针对高精度信号处理,具有更好的线性度、低噪声特性和高转换精度。即使在 12 位也对MCU内置 ADC 具有很大的性能优势(ENOB>11.5b)。独立 ADC 通常用于高精度传感器、控制系统及音频信号处理等领域。
第四维:采样速率
单片机内置 ADC:一般的单片机内置 ADC 速度较慢,通常标称值可以到 1MSPS 以内,但是受单片机处理多任务时的资源限制,其实际连续采样速率远小于标称值。对于低速信号采集够用,但如果需要处理高速信号,如无线通信、音频或视频数据,会无法满足系统采样速率要求。
外部 ADC:外部独立 ADC 通常可以达到更高的采样率,如 1MSPS 或以上,甚至到1GSPS,适用于高速信号处理,如雷达、无线基站,示波器,频谱仪等应用。
第五维:抗干扰性
单片机内置 ADC:由于 ADC 内置在单片机内部,其抗干扰能力通常会受到单片机其他模块的影响,如 CPU、PWM、电源模块等。这些模块的切换和操作可能会在 ADC 工作时引入内部噪声干扰,且无法消除, 显著降低 ADC 的有效位数 (ENOB)。
外部 ADC:由于其设计,制造过程更为专业,通常在芯片内部模拟和数字接口部分做了更好的隔离,抗干扰能力更强,特别是在恶劣外部干扰环境下工作时,独立 ADC 的性能优势非常明显。
第六维:灵活性
单片机内置 ADC:灵活性较低,受限于单片机内部的架构的及 pin 脚位的限制。通常适用于传感器靠近 ADC 输入脚的应用场景,也无法灵活调整通道数和分辨率。
外部 ADC:具有很高的灵活性,能够根据实际采样需求选择不同的分辨率、采样速率的ADC 进行组合。可以配置多个通道、采样率等参数,以适应复杂的数据采样需求。尤其是具有 I²C/SPI 接口的 ADC,可以将不同的 ADC 贴近各自的传感器,将模拟信号变换成数字信号之后再传输到 MCU/FPGA,有效地避免了模拟信号在传输路径中受到干扰。用同一组数字总线 SPI/IC,便于采集不同位置上的传感器信号。
过招结束,内置 ADC vs外部 ADC,谁才是你的 pick!?
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