ADC 是數(shù)模轉換器的簡稱,諸多廠家都在積極制造更高性能的 ADC。在前文中,小編對如何提高 ADC 性能給出了部分建議。為增進大家對 ADC 的認識,本文將從兩方面介紹 ADC:1.ADC 輸入噪聲有何利弊?2. 什么是高精度 ADC。
一、ADC 輸入噪聲利弊分析
多數(shù)情況下,輸入噪聲越低越好,但在某些情況下,輸入噪聲實際上有助于實現(xiàn)更高的分辨率。這似乎毫無道理,不過繼續(xù)閱讀本指南,就會明白為什么有些噪聲是好的噪聲。
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折合到輸入端噪聲(代碼躍遷噪聲)
實際的 ADC 在許多方面與理想的 ADC 有偏差。折合到輸入端的噪聲肯定不是理想情況下會出現(xiàn)的,它對 ADC 整體傳遞函數(shù)的影響如圖 1 所示。隨著模擬輸入電壓提高,"理想"ADC(如圖 1A 所示)保持恒定的輸出代碼,直至達到躍遷區(qū),此時輸出代碼即刻跳變?yōu)橄乱粋€值,并且保持該值,直至達到下一個躍遷區(qū)。理論上,理想 ADC 的"代碼躍遷"噪聲為 0,躍遷區(qū)寬度也等于 0. 實際的 ADC 具有一定量的代碼躍遷噪聲,因此躍遷區(qū)寬度取決于折合到輸入端噪聲的量(如圖 1B 所示)。圖 1B 顯示的情況是代碼躍遷噪聲的寬度約為 1 個 LSB(最低有效位)峰峰值。
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圖 1:代碼躍遷噪聲(折合到輸入端噪聲)及其對 ADC 傳遞函數(shù)的影響
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由于電阻噪聲和"kT/C"噪聲,所有 ADC 內部電路都會產生一定量的均方根(RMS)噪聲。即使是直流輸入信號,此噪聲也存在,它是代碼躍遷噪聲存在的原因。如今通常把代碼躍遷噪聲稱為"折合到輸入端噪聲",而不是直接使用"代碼躍遷噪聲"這一說法。折合到輸入端噪聲通常用 ADC 輸入為直流值時的若干輸出樣本的直方圖來表征。大多數(shù)高速或高分辨率 ADC 的輸出為一系列以直流輸入標稱值為中心的代碼(見圖 2)。為了測量其值,ADC 的輸入端接地或連接到一個深度去耦的電壓源,然后采集大量輸出樣本并將其表示為直方圖(有時也稱為"接地輸入"直方圖)。由于噪聲大致呈高斯分布,因此可以計算直方圖的標準差σ-,它對應于有效輸入均方根噪聲。參考文獻 1 詳細說明了如何根據(jù)直方圖數(shù)據(jù)計算σ值。該均方根噪聲雖然可以表示為以 ADC 滿量程輸入范圍為基準的均方根電壓,但慣例是用 LSB rms 來表示
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