如何认识模数转换器的输入噪声

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1、专题特写:模拟技术如何认识模数转换器的输入噪声美国模拟器件公司WaltKester引言跃迁区域的宽度为零实际的ADC有一个深度去耦的电压源然后采集大量的所有模数转换器(ADC)都有一定数定数量的编码跃迁噪声因而具有有限输出采样并且将其绘制为直方图(如果量折合到输入端的噪声通常被看作一的跃迁区域宽度图1(b)示出编码跃迁ADC的输入标称值为0V则称之为输种与无噪声ADC的输入端串联的噪声噪声宽度约为一个最低有效位(LSB)峰入接地直方图)由于该噪声是近似的高源不应该把折合到输入端的噪声与量峰值(P-P)噪声的情况斯(G

2、aussian)分布所以该直方图的标化噪声相混淆量化噪声仅在ADC处理准偏差可以计算它相当于RMS输入随时间变化的信号时有意义在大多数噪声通常的做法是用LSB的RMS来情况下输入噪声越小越好但是在有表示这种RMS噪声相当于折合成些情况下输入噪声实际上对提高分辨ADC满度输入范围的RMS电压如果率是有帮助的模拟输入范围以数字量或个数来表示那么输入值(例如)可以用LSB的数折合到输入端的噪声(编码跃迁噪声)图2折合到输入端的噪声对ADC的输入接地量来表示直方图的影响实际的ADC在许多方面与理想的尽管ADC内在的微分线性误

3、差ADC有偏差折合到输入端的噪声(又从内部结构来看所有ADC电路都(DNL)会造成与理想的高斯分布的偏差称作有效输入噪声)无疑是偏离理想值会由于电阻器噪声和kT/C噪声而产(例如图2中有一些DNL是很明显的)它对ADC总传递函数的影响如图1所生一定数量的有效值(RMS)噪声这种但应当至少近似于高斯分布如果有显示当模拟输入电压增加时理想的噪声甚至对于直流输入信号也会出现著的DNL偏差那么应对于几个不同的ADC(如图1(a)所示)保持一个恒定的输被认为是造成编码跃迁噪声的原因现DC输入电压进行平均计算值如果出编码直到达到

4、一个跃迁区在那一点在通常称作折合到输入端的噪声折合编码分布明显是非高斯分布的例如有上输出编码立刻跳变到下一个量化值到输入端的噪声最常用的表征方法是检大而明显的波峰或波谷这就表明对并且一直保持到达到下一个跃迁区域查大量输出采样的直方图同时ADC的ADC设计得不好或很可能是印制板布理想的ADC具有零编码跃迁噪声并且输入端保持在一个恒定的直流值最高速或最高分辨率ADC的输出是编码的分布通常集中在直流输入标称值的周围如图2所示为了测量折合到输入端的噪声的数量要将ADC的输入端接地或连接到一图1编码跃迁噪声及其对ADC传递函数

5、的影响图3存在设计缺陷时的输入接地直方图今日电子2006年4月53万方数据专题特写:模拟技术线不好接地设计差或电源去耦不正器(PGA)增益(因此关系到输入范围)的端的噪声的影响考虑一个16bit确图3中的输入接地直方图表明存在函数表1示出默认加电方式下典型ADC它以100kSPS采样速率工作具这些设计缺陷出现麻烦的另一个迹象的无噪声码分辨率表取自-有15bit无噪声码分辨率对一个同样信是当ADC的直流输入超过ADC的输ADCAD7730的产品技术资料1该表号的每次输出采样做两次测量结果平入电压范围时使高斯分布的宽度剧

6、烈变表明P-P分辨率与输入范围和更新速率均使有效采样速率减少到50kSPS信化(CHP=1)的关系括号内是P-P分辨率噪比(SNR)提高3dB并且无噪声码分的位数辨率提高到15.5bit如果对每次输出采无噪声码分辨率应当注意的是对于50Hz输出数据样做四次测量平均采样速率减少到ADC的无噪声码分辨率是指超过速率和610mV输入范围的-ADC25kSPSSNR提高6dB并且无噪声这个位(bit)数它就不能清楚分辨个别编其无噪声码分辨率是16.5bit(80,000个码分辨率提高到16bit码的分辨率这种限制是由于上文所

7、述无噪声编码)在这些条件下的建立时间甚至可以进一步对每次输出采样做与所有ADC相关的有效输入噪声(或折为460ms从而使得这种ADC非常适合16次测量的平均输出采样速率减少到合到输入端的噪声)通常表示为一个以用于精密电子秤应用这种数据可以从6.25kSPSSNR再增加6dB无噪声LSBrms为单位的RMS值RMS噪声许多适合精密测量应用的高分辨率-码分辨率增加到17bit为了明显提高乘以因数6.6转换为有用的P-P噪声ADC的产品技术资料中获得分辨率必须实行多次精密平均(可表示编码的实际不确定性)表示为满度范围与RM

8、S输入噪声(而不是平均过程也有助于平滑ADC传递LSBP-PP-P噪声)的比率有时用于计算分辨率函数的DNL误差这可以通过ADC在由于一个N位ADC的总转换编码在这种情况下采用术语有效分辨率应量化编码k上有失码的简单情况来举例数是2NLSB因此总的无噪声码数量等当注意在相同条件下有效分辨率比无说明尽管编码k由于大的DNL误差而于噪声码分辨率大l