精度

准度、精度傻傻分不清？

由 cathy 提交于周四, 17 十二月 2020 - 11:10

做电子产品，常常遇到测量。此时就难免会关注到精度、准度等概念，遇到不少朋友对这两个概念不清楚，今天就来分享一下这两个概念。

为什么写本文，前面写过些ADC方面的文章，遇到有朋友貌似对这两个概念理解不深，所以整理分享一下。

什么是准确度(真实度)？

在英文中，准确度用Accuracy来表示，其真实描述的含义是什么呢？是指测量值或者观测值接近期望值或者理论值的接近程度。因此通常用误差百分比来描述准确度，这句话深入理解，从量纲的角度而言是一个百分比：

其实这个式子还可以这样描述：

在本节的电源知识讲堂中，我们将来了电源输出电压的误差。

倾角测量的典型应用

本文旨在探讨如何用组合器件一类的加速度计提高倾角测量的精度。在乘用车上，电动驻车制动器(EPB)被用于使汽车在平坦的分级道路上保持静止。这是通过用一个单轴或双轴加速度计测量倾角来实现的。一般做法是将一个X轴/Y轴或Z轴低g加速度计装在EPB控制单元中一个专门的模块中。现在，越来越多的汽车配有ESC（电子稳定控制）功能，在单个芯片中集成了组合式低g加速度计和陀螺仪。这样做是为了防止汽车侧滑和翻车；如今，ESC功能已经成为世界各国或地区法律的强制要求。如果通过组合器件（单芯片、组合式加速度计和陀螺仪）实现倾角测量，则不必在车上安装一个独立的EPB模块，结果可以大幅降低汽车的成本。由于组合器件通常用于ESC，所以并未针对倾角检测优化，并且通过组合器件测量倾角时，测量精度有时无法达到要求。由于组合器件是XY轴或XYZ轴，所以通常用X轴进行倾角测量，EPB模块中的部分传统型低-g加速度计使用的是Z轴，因为它是垂直安装在发动机舱里的。检测轴应该与重力垂直，才能取得更高的精度——我们稍后会讨论这一点。

在任何设计中，信号链精度分析都可能是一项非常重要的任务，必须充分了解。在本系列的第二部分中，我们讨论了在整个信号链累积起来并且最终会影响到转换器的多种误差。请记住，转换器是信号链的瓶颈，最终决定着信号的表示精度。因此，转换器的选择是设定系统整体要求的关键。在本文中，我们将以上述认识为基础，重点分析可能在给定信号链中累积的直流误差的类型。

在信号链中，可能会累积的误差有两类——即直流和交流误差。直流或静态误差(如增益和失调误差)有助于了解信号链的精度或灵敏度。交流类误差也称为噪声和失真，限制着系统的性能和动态范围。这两类误差都需要了解，因为二者最终决定着系统的分辨率。

本文将专门分析直流误差，根据其与无源和有源器件的关系，对每种不精确性进行细分。同时还将制作一份矩阵或电子表格，用以展示如何用不同的方法在信号中添加或累积误差。

若要了解交流误差，请看参考文献10和11。在此，通过回顾有关噪声的基本知识(如带宽总和、从交流角度看误差累积等)，可以确定模拟信号链设计的总信噪比。

在第一部分中，我们讨论了一般静态模数转换器的不精确性误差和涉及带宽的ADC不精确性误差。希望这些内容有助于加深读者对ADC误差以及这些误差如何影响信号链的理解。基于此，要记住的是，并非所有组件都是一样的——有源和无源器件均是如此，因此，无论系统最终选择了什么器件，模拟信号链中都会存在误差。

本文将描述精度、分辨率和动态范围之间的差异。本文还将揭示信号链内部的不精确性是如何累积并导致误差的。定义新设计的系统参数时，这些内容对于理解如何正确指定或选择一个ADC有着重要作用。

精度、分辨率与动态范围

许多转换器用户似乎在互换使用精度和分辨率这两个术语，但这种做法是错误的。精度和分辨率这两个术语并不相等，但是具有相关性，所以，不应互换使用。可以把精度和分辨率视为堂兄妹，但不是双胞胎。

精度就是误差，或者说测量值偏离真值的幅度。精度误差可以称为灵敏度错误。分辨率就是测得值的表示或显示精细度。即使系统的分辨率为12位，也并不意味着它能测量精度为12位的值。

模数转换器(亦称为ADC)广泛用于各种应用中，尤其是需要处理模拟传感器信号的测量系统，比如测量压力、流量、速度和温度的数据采集系统(仅举数例)。一般而言，这些信号属于时域签名，以脉冲或阶跃函数的形式出现。

在任何设计中，理解这些类型应用的总系统精度始终都是非常重要的，尤其是那些需要对波形中极小的灵敏度和变化进行量化的系统。理想情况下，施加于信号链输入端的每一个伏特都由ADC以数字表示一个伏特的输出。但是，事实并非如此。所有转换器和信号链都存在与此相关的有限数量误差。

本文描述与模数转换器本身相关的误差。本文还将揭示转换器内部的不精确性累积到何种程度即会导致这些误差。定义新设计的系统参数时，若测量精度极为重要，那么这些内容对于理解如何正确指定一个ADC有着重要作用。最后，本文将讨论一个简单的误差分析，帮助为设计选择正确的转换器。

ADC的不精确性

无论何种信号链，转换器都是系统的基本要素。为设计选择的任何ADC都会决定系统的总精度。换言之，系统精度不可能高于转换器的最低有效位(LSB)大小。为了表明这一点，让我们来看一个简短的ADC不精确性指南。

许多现代工业和仪器仪表系统可以接入多个不同电源，最常见的是15 V用于模拟电路，3 V或5 V用于数字逻辑。其中大部分应用要求输出以10 V摆幅驱动外部大负载。

问题来了，为上述应用择数模转换器(DAC)时，遇到的各种需要权衡的因素，面对多个解决方案时，哪种才是最佳呢？接着往下看，我们还有详细的电路原理图哦~

可编程逻辑控制器(PLC)、过程控制或电机控制等工业应用中的模拟输出系统，需要0 V至10 V或10 V以上的单极性或双极性电压摆幅。一种可能的解决方案是选择能够直接产生所需输出电压的双极性输出DAC；另一种是使用低压单电源(LVSS)DAC，将其输出电压放大至所需输出电平。为了选择最适合应用的方法，你必须了解输出要求，并且知道每种方案的优势或不足。

双极性DAC

主要优势——

当你无法清楚了解测量仪器所导出测量数据的敏感性级别和精度，便很难相信这些数据，而红外热像仪常常会被归到这一测量仪器的类别之中。而且，在讨论红外热像仪的测量精度时，常常会用到一些令人困惑不已、产生误解的复杂术语和行话。最终使一些研究人员完全对这些工具绕行而走。不过也因此，他们会与其在研发热测量应用所具有的潜在优势失之交臂。在下面的讨论中，我们会避免使用技术术语，以直白的语言阐述红外热像仪在测温上的不确定性，让你对此有基本的了解，从而帮助你理解红外热像仪标定流程和精度。

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