ADC的九个关键指标

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1、ADC器件的九项关键规格[2008.7.1]作者：BradBrannon，美国模拟公司模拟转换器性能不只依赖分辨率规格大量的模数转换器(ADC)使人们难以选择最适合某种特定应用的ADC器件。工程师们选择ADC时，通常只注重位数、信噪比(SNR)、谐波性能，但是其它规格也同样重要。本文将介绍ADC器件最易受到忽视的九项规格，并说明它们是如何影响ADC性能的。1.SNR比分辨率更为重要。ADC规格中最常见的是所提供的分辨率，其实该规格并不能表明ADC器件的任何能力。但可以用位数n来计算ADC的理论SNR：不过工程师也许并不知道，热噪声、时钟抖动、差分非线性(DNL)误差以及其它参数异常都会限制AD

2、C器件的SNR。对于高性能高分辨率转换器尤其如此。一些数据表提供有效位数(ENOB)规格，它描述了ADC器件所能提供的有效位数。为了计算ADC的ENOB值，应把测量的SNR值放入上述公式，并求解n。ENOB提供了有价值的规格说明，而噪声频谱密度（单位：dBm/Hz或）则提供了更有价值的ADC性能规格。前一个规格说明要求已知ADC器件的输入阻抗，而后者并不需要，可根据ADC器件的采样率、输入范围、SNR（来自数据表）和输入阻抗(dBm/Hz)来计算这些值。只需知道两种频谱密度值的任一个，就可以选择与转换器前方的模拟电路的性能相匹配的ADC器件。这种ADC器件选择方法考虑了总体噪声分布的影响，只需

3、声明转换器的分辨率或ENOB。许多工程师还关注ADC器件乱真失真和谐波抑制。他们可能并不了解：谐波性能和乱真畸变是与ADC器件的分辨率规格完全关於的。ADC设计者会调整IC设计特性，以便谐波符合人们对具有n位分辨率的ADC的预期。因此在选择转换器时，应密切注意SNR和无杂散动态范围(SFDR)，但要把这些规格与ADC的分辨率位数规定值区分开。2.应检查电源噪声。电源抑制比(PSSR)描述了与ADC器件样本网络耦合的电源线路上的噪声信号数量。该噪声作为ADC一部分数字输出值出现。许多ADC的PSRR仅为30dB至50dB。因此电源线路上的噪声和信号将出现在仅比转换器的输入信号低30dB至50dB

4、的ADC输出中。PSRR值会随着电源噪声的频率而增加（图1）。典型情况下，人们使用电源“噪声”和转换器的输入范围来计算PSSR。因此，对于ADC电源引脚的20mVrms电源噪声和0.7Vrms满刻度转换范围，获得的PSSR值为-31dB满刻度(dBFS)。如果转换器的PSRR额定值为30dB，则噪声（假设是连贯信号）将作为-61dBFS谱线出现在ADC的输出中。PSRR信息帮助人们确定必须在ADC电源引脚提供多少滤波和解耦。在那些可能会在电源输出端遭遇过多噪声的电路中，PSRR变得格外重要。噪声可能来自开关电源，在电源输出端和地放置较大共模信号的电路，以及在磁性或静电环境中工作的电路。如果未能

5、设计出在PSRR方面满足ADC要求的电源网络，或者未能为选中的电源挑选出具有合适PSRR的ADC，都将导致更多的转换器噪声和更低的频谱性能。3.应抑制共模信号。ADC器件的共模抑制比(CMRR)说明了当存在希望进行ADC测量的差分信号时的共模信号抑制能力。许多ADC均采用差分输入，它们极大减弱了系统中的共模信号的影响。并且差分输入天生就能抑制偶阶失真乘积。共模噪声可能来自电源纹波、接地平面上感应产生的高功率信号、经过混频器和滤波器的射频泄漏、高强度电场和磁场。许多时候并未规定CMRR，因此那些需要转换器CMRR数据的工程师必须向ADC厂商索要数据，或用厂商的评估板来执行特性描述测试。许多转换器

6、的CMRR介于50dB和80dB之间。图2描绘了单端电路中ADC器件的数字值(图中a所示)，其中的共模噪声信号成为了模拟输入的一部分，并被相应数字化。(b)中的图片表明，配置了差分输入的相同ADC几乎完全抑制了噪声。时钟规格同样重要施加到ADC器件的时钟信号质量对性能的影响可能超出预期。遗憾的是，并非所有ADC器件厂商都提供时钟数据，因此有时也许难以确定时钟规格。4.应保持高回转率ADC的时钟输入回转率规定了达到转换器额定性能所需的最小回转率。目前多数转换器都有一个具备足够增益的输入时钟缓冲器，以便恰当定义采样时刻——ADC的输入信号采样时间。然而，缓慢的回转率可能导致采样时刻时序的不确定性，

7、并将导致数字输出端的过多噪声。为了达到ADC的额定噪声性能，工程师应达到或超过最小时钟输入回转率规格。5.抖动会增加测量误差孔径抖动把ADC内部时钟的不确定性（亦称“抖动”）与ADC的SNR关联起来，如下式所示：如图3所示，少量时钟抖动将改变ADC输入信号上的采样点，并因此可能造成较大的测量误差。在低频应用中，抖动的影响也许无关紧要，但随着被测信号的频率增加，由抖动导致的噪声也会增加。ADC数据表