使用过采样（Oversampling）提升ADC分辨率

Posted 2022-06-17 Naisu Xu

文章目录

• 前言
• 方法
• 后记

前言

ADC是经常用到的一种元件，用于采集信号电压。

ADC有一个重要的参数——分辨率，该参数决定ADC能够分辨的最小电压刻度。比如如果ADC能够采集电压范围为 0 ~ 1.024V ，同时它的分辨率为 10位（即1024），那么它最小能够分辨的电压近似为 0.001V。

通常分辨率越高的ADC越贵，为了节省成本在某些情况下可以通过 过采样（Oversampling） 方式提升采样数据的分辨率，这篇文章将对此进行介绍。

方法

这个方法的理论前提是信号电压值会受到外界干扰而导致引起ADC采样最小分辨率以上的变化。 比如某个1V的信号电压在环境中一直呈现出1.001、0.999、0.998、1.000、1.002……等变化的状态，从而导致ADC采样时数据会变化。

通常环境中都会有随机摆动变化的白噪声干扰，只要这个干扰上述条件的话就可以使用下面的方法来提升分辨率：

为了提升p位分辨率，连续采样 4^p 个数据求和，对求和的结果右移p位（即除以2^p）得到数据就是最终提升了分辨率后的采样数据。

提升1位分辨率，需要连续采样4个数据求和，然后对求和的结果右移1位；
提升2位分辨率，需要连续采样16个数据求和，然后对求和的结果右移2位；
提升3位分辨率，需要连续采样64个数据求和，然后对求和的结果右移3位；
……

这个方法的副作用是ADC的采样速率变相的大大下降了。

后记

上面只是简单介绍了可以使用该方法的条件和使用方式，具体的介绍论证与扩展等可以参考下面文章：
《AN2668 - Application note - Improving STM32F1 Series, STM32F3 Series and STM32Lx Series ADC resolution by oversampling》