上一篇文章我們討論了模數轉換器，更具體地說，是與獲取輸入樣本相關的時序。但是，如果你不小心的話，雜草中還有一個更大的問題正在逼近，它可能會咬你。ADC 轉換完成后，結果意味著什么?基于查看這些位，您對輸入信號的真正了解程度如何?您真正需要多少位，您真正可以信任多少位?

不要混淆精度和分辨率。

ADC 是您的數字控制系統(tǒng)的關鍵部分，但它經常被誤解。不幸的是，某些 ADC 數據表上的誤導性聲明對這種情況沒有多大幫助，其中 ADC 位數的“真實”位數用“營銷位數”填充。根據Dictionary.com的說法，準確性被定義為“真實、正確或準確的條件或質量;免于錯誤 或缺陷;精確度或準確度;正確性”。然而，分辨率被定義為“分解或分離成組成部分或基本部分的行為或過程”。很明顯它們不是一回事!當應用于 ADC 時，精度與數字結果與實際輸入電壓的相關程度密切相關。然而，分辨率與識別構成數字答案的組成或基本塊有關。理想情況下，這是 LSB 值。例如，理想情況下，12 位 ADC 的分辨率將高于 10 位 ADC，但精度可能會更好，也可能不會更好，具體取決于其增益和偏移誤差。

雖然這兩個規(guī)格在數字控制系統(tǒng)中都很重要，但我認為分辨率是兩者中更重要的一個。我之所以這樣說，有以下三個理由：

1. 可以應用校準程序來顯著提高 ADC 的精度。然而，再多的校準也不會影響 ADC 的分辨率。在某些情況下，可以通過對多個樣本進行平均來提高分辨率，但在處理許多電機控制應用中常見的快速變化信號時，這是不切實際的。

2. 一些閉環(huán)應用中的不準確可以被“伺服消除”。例如，在級聯(lián)速度環(huán)中，速度控制器的輸出設置電流控制器的命令值。如果電流的轉換值是關閉的，以至于它真的不代表真正的電流，循環(huán)不關心。速度環(huán)將只控制或多或少的電流，直到電機產生所需的扭矩來修復速度誤差。

3. 最后，無論如何，ADC 精度很少成為信號鏈中的薄弱環(huán)節(jié)。一旦您補償了 ADC 中的整體增益和偏移誤差，INL 規(guī)格就決定了精度。以 TI 2803x 器件上的 ADC 為例，INL 誤差僅為 +/- 2 LSB!這對應于施加到 ADC 輸入的滿量程模擬信號的 0.05% 容差!在大多數情況下，當您將放大器電路中所有組件的最壞情況誤差加起來時，您可能已經超過了這個值。

但是模擬電路確實有一個顯著的優(yōu)勢……分辨率。模擬信號的分辨率理論上是一個電子!顯然 ADC 無法與之抗衡。如果您的 ADC 的分辨率不夠高，您最終會在波形中產生量化噪聲，從而降低性能。這可能會導致周期限制波動，因為伺服回路試圖收斂到介于兩個數字 ADC 值之間的值是徒勞的。

此外，我認為 ADC 的真實分辨率受微分非線性 (DNL) 規(guī)范的限制。如果您在該 ADC 的指定位數中缺少代碼，則該 ADC 根本無法解析為該位數。時期。例如，一個具有競爭力的微控制器擁有一個集成的 16 位轉換器。但是在單次轉換模式下，最壞的DNL規(guī)范連12位字長都不能保證不漏碼，更不用說16位字了!有關精度與分辨率的進一步討論，請在此處閱讀 Jose Quinones 關于步進電機的博客。

在閉環(huán)應用中使用 IIR 濾波器代替 FIR 濾波器。

好的，讓我們暫時換檔，進入數字控制算法本身。

有時似乎整個世界都在密謀反對你，試圖讓你的控制回路突然振蕩!但是您可以通過對系統(tǒng)進行良好的穩(wěn)定性分析來控制情況。我最喜歡波德圖方法，因為它對我來說似乎更直觀。使用這種技術，很容易看出為什么 IIR 濾波器在閉環(huán)結構中比 FIR 濾波器更受青睞。例如，下面是“N 點平均器”(實際上是 FIR 濾波器)與設計為具有大致相同濾波能力的單極點 IIR 濾波器相比的頻率響應波特圖。尤其要注意 FIR 濾波器與 IIR 濾波器相比產生的相位滯后。這很重要，因為在設計穩(wěn)定系統(tǒng)時相位滯后是您的敵人。另請注意，每當信號的頻率通過幅度圖中的零時，濾波器都會改變信號的極性，如相位圖中的 180 度不連續(xù)點所示。如果您的控制系統(tǒng)的開環(huán)單位增益頻率恰好接近這些零點之一，您可能會發(fā)現環(huán)路的操作會隨著電源電壓或溫度的微小變化而發(fā)生根本變化。

最后，FIR 濾波器比對應的 IIR 濾波器占用更多的內存和更多的 MIP(濾波器中每個抽頭一個 MAC 指令)。但它們確實擁有一個顯著優(yōu)勢……它們的傳遞函數只包含零。這是因為 FIR 濾波器沒有任何反饋路徑，這意味著它將始終保持穩(wěn)定。但是，IIR 濾波器確實包含在其傳遞函數中產生極點的反饋路徑。在放置這些桿的位置必須非常小心，否則濾波器會變得不穩(wěn)定。一旦你的控制回路中的任何一個組件不穩(wěn)定，整個回路就會不穩(wěn)定。

明天我們繼續(xù)逛數字控制回路，探索另一種既能提高穩(wěn)定性又能提高動態(tài)響應的結構!