深入理解ADC，ADC輸入噪聲分析

ADC，也就是我們常說的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，在工業(yè)中有很多應(yīng)用。對于ADC，電子、自動化等專業(yè)的朋友肯定都有所耳聞。為增進大家對ADC的認識，本文將對ADC、ADC輸入噪聲予以介紹。如果你對ADC具有興趣，不妨一起和小編繼續(xù)往下閱讀哦。

一、ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是一種系統(tǒng)，其將一個模擬信號，例如聲音拾取由一個麥克風或光進入數(shù)碼相機，進一個數(shù)字信號。ADC還可以提供隔離的測量，例如將輸入的模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換為表示電壓或電流的大小的數(shù)字的電子設(shè)備。通常，數(shù)字輸出是二進制補碼與輸入成比例的二進制數(shù)，但還有其他可能性。

有幾種模數(shù)轉(zhuǎn)換器體系結(jié)構(gòu)。由于復雜性和對精確匹配組件的需求，除了最專門的模數(shù)轉(zhuǎn)換器之外，所有ADC都被實現(xiàn)為集成電路(IC)。這些通常采用金屬氧化物半導體(MOS)混合信號集成電路芯片的形式，該芯片集成了模擬和數(shù)字電路。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器將連續(xù)時間和連續(xù)幅度的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散時間和離散幅度的數(shù)字信號。轉(zhuǎn)換涉及輸入的量化，因此必然會引入少量的誤差或噪聲。此外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器不會連續(xù)執(zhí)行轉(zhuǎn)換，而是定期進行轉(zhuǎn)換，對輸入進行采樣，從而限制了輸入信號的允許帶寬。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能主要由其帶寬和信噪比(SNR)來表征。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的帶寬主要由其采樣率表征。ADC的SNR受許多因素影響，包括分辨率，線性度和精度(量化級別與真實模擬信號的匹配程度)，混疊和抖動。ADC的SNR通常以其有效位數(shù)(ENOB)，它返回的每個度量的位數(shù)平均來表示，而不是噪聲。理想的ADC的ENOB等于其分辨率。選擇ADC以匹配要數(shù)字化的信號的帶寬和所需的SNR。如果模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率大于信號帶寬的兩倍，那么根據(jù)Nyquist–Shannon采樣定理，就可以實現(xiàn)完美的重構(gòu)。量化誤差的存在甚至限制了理想ADC的SNR。但是，如果ADC的SNR超過輸入信號的SNR，則其影響可能會被忽略，從而導致模擬輸入信號的本質(zhì)上是完美的數(shù)字表示。

二、ADC輸入噪聲

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。

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。隨著模擬輸入電壓提高，"理想"ADC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。

由于電阻噪聲和"kT/C"噪聲，所有ADC內(nèi)部電路都會產(chǎn)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。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(yīng)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。

雖然ADC固有的微分非線性(DNL)可能會導致其噪聲分布與理想的高斯分布有細微的偏差，但它至少大致呈高斯分布。如果DNL比較大，則應(yīng)計算多個不同直流輸入電壓的­值，然后求平均值。例如，如果代碼分布具有較大且獨特的峰值和谷值，則表明ADC設(shè)計不佳，或者更有可能的是PCB布局布線錯誤、接地不良、電源去耦不當。當直流輸入掃過ADC輸入電壓范圍時，如果分布寬度急劇變化，這也表明存在問題。

以上便是此次小編帶來的ADC相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對ADC、ADC輸入噪聲具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!