每個人都同意更高分辨率的模數轉換器（ADC）更好，對吧？那么，為什么這么多最終用戶為一個用戶掏錢，然后卻沒有利用這一優勢呢？我的意思是，當我們從客戶那里收到數據文件時，我們經常感到震驚，其中數據采集參數的設置方式使ADC分辨率低于總線。一個例子可能會有所幫助，這里只是眾多例子中的一個（客戶將永遠保持無名）：

圖1 — 客戶通常查看的渠道數據看起來正常。

圖 1 是從WinDaq回放軟件查看的WinDaq獲取數據的屏幕截圖。波形是用14位ADC采集的。看起來還行吧？啊，但我讓你處于劣勢。客戶垂直縮放了跟蹤，只提供一切良好的錯覺。事實上，這個渠道是以我們親切地稱之為“在泥濘中”的方式獲得的。

利用名為“顯示動態范圍”的WinDaq功能（見圖 2），我可以強制所選通道自動縮放，以適應 ADC 測量范圍的上限和下限，以提供 ADC 在數字化通道數據時看到的直觀圖像。

圖 2 — 調用 WinDaq 的“顯示動態范圍”函數講述真實情況

結果是圖3，走線幾乎消失，這意味著ADC沒有太多信號可以使用（即信號“在泥濘中”）。

圖 3 — 這是 ADC 看到的 WinDaq 的顯示動態范圍功能所顯示的內容。

那么，問題出在哪里呢？

您可以將在滿量程范圍如此小的百分比下采集數據視為ADC分辨率的有效降低，我們可以用數學方式描述這種降低，本質上是反向工作以確定ADC的有效位分辨率。

我們可以首先定義一個方程，將ADC計數與ADC的分辨率（假設為雙極性范圍）以及滿量程信號和ADC范圍的比值（以工程單位表示）：

等式 1 其中：

C = 應用于測量的 ADC 計數。

F S = 以工程單位表示的滿量程信號范圍 FA = 以工程單位

表示的滿量程 ADC 范圍 n= ADC 位分辨率

從公式（1）可以看出，如果信號的滿量程范圍（F S）小于ADC的滿量程范圍（F A），則應用于測量的ADC計數將減少比率FS：FA。如果FS等于FA，則所有ADC計數都應用于測量，這是理想情況。在這種情況下，公式（1）簡化為：

等式2

接下來，我們可以代數操作方程（2）來求解n，因為我們對ADC在FS

等式3

等式（3）基本上扭轉了分辨率問題。給定根據公式（1）計算出的信號，其偏移僅為C ADC計數，公式（3）描述了處理該信號所需的ADC的有效位分辨率。

將一切整合在一起

讓我們看看數學如何在客戶數據文件的上下文中進行排序。我們將首先使用公式 （1） 計算 C。

從WinDaq回放軟件的統計功能中，我可以很容易地確定：FS= 0.171 mho

從圖 3 中，我可以看到WinDaq顯示的滿量程動態范圍為：FA= 12.371 mho

我們還知道，測量是使用14位雙極性ADC進行的。現在我們有足夠的信息來確定使用公式（1）測量的總ADC計數：

現在，我幾乎可以肯定，如果我們的客戶在購買ADC數據手冊之前查看了它，并看到其分辨率低于8位，他會立即轉向其他供應商。然而，通過以他的方式獲取數據，這就是他對測量的所有分辨率。不要陷入陷阱，認為他只遭受了44%的懲罰（14到7.84位）。請記住，ADC計數與位分辨率呈指數相關。事實上，我們的客戶遭受了超過 98% 的性能影響：2 14 到 27.82，或16384到 226 ADC 計數。哎喲！

獲得救援

那么如何解決這一困境呢？客戶以 1 的增益因子獲取了我們的示例數據文件，但他用于執行此操作的儀器也允許應用 10 和 100 的可編程增益因子。應用大于 1 的增益因數會影響將 ADC 的滿量程范圍（公式 （1） 中的變量 F A降低等于增益因數的倒數乘以 FA。圖靈到我們的示例計算，如果客戶以10的增益獲取信號（增益為100太大，會使FS>FA），則應用于測量的總ADC計數將為：

應用10的增益因數可有效地將ADC位分辨率從7.82位提高到11.15位。就所有重要的ADC計數而言，這提高了近900%。

結論

本應用筆記的重點并不是說在獲取數據之前需要瀏覽方程。提供這些只是為了強調以下論點：在ADC滿量程范圍的極低百分比下采集的信號在有效ADC位分辨率方面會受到嚴重的性能影響。您的經驗法則應該是確保您希望獲取的信號的預期滿量程偏移至少消耗ADC滿量程范圍的一半。如果沒有，則利用大多數中到高性能數據采集硬件產品中內置的增益功能。

最后，為了您的方便，我準備了表（1），以便快速查看您在各種FS：FA比率下將遭受的性能影響（作為ADC分辨率的函數）。明智地使用它。

表 1 - 性能影響衡量可用 ADC 計數的減少與峰值信號與滿量程 ADC 范圍之比的函數關系。