逐次逼近型(SAR)轉換器涵蓋了廣泛的采樣速率、分辨率和應用。它們通常有折合到輸入端噪聲,但對于交流輸入信號,則還有SNR、ENOB、SFDR和THD等規(guī)格。
雖然采樣頻率為數(shù)百MHz或以上的高速轉換器(如流水線式轉換器)通常以SNR、SINAD、SFDR、ENOB等交流規(guī)格來描述,但它們也能采集直流類信號或低速信號。因此,了解如何從數(shù)據(jù)手冊上列出的交流規(guī)格推算出高速轉換器的低頻性能是非常有用的。
側邊欄討論:SNR等式
理想轉換器對信號進行數(shù)字化時,最大誤差為±? LSB,如一個理想N位ADC的傳遞函數(shù)所示。對于任何橫跨數(shù)個LSB的交流信號,其量化誤差可以通過一個峰峰值幅度為q(一個LSB的權重)的非相關鋸齒波形來近似計算。對該近似法還可以從另一個角度來看待,即實際量化誤差發(fā)生在±? q范圍內任意一點的概率相等。
圖2更詳細地顯示了量化誤差與時間的關系。一個簡單的鋸齒波形就能提供足夠準確的分析模型。鋸齒誤差的計算公式如下:
圖2.量化噪聲與時間的關系。
鋸齒誤差波形產(chǎn)生的諧波遠遠超過奈奎斯特帶寬或直流至Fs/2,其中,F(xiàn)s = 轉換器采樣速率。然而,所有這些諧波都會折回(混疊)到奈奎斯特帶寬并相加,產(chǎn)生等于q/√12的均方根噪聲。
量化噪聲大致呈高斯分布,均勻分布于目標奈奎斯特帶寬上,其范圍通常為直流至Fs/2。這里假設量化噪聲與輸入信號不相關。理論信噪比現(xiàn)在可以通過一個滿量程輸入正弦波來計算:
要理解低速、直流類信號與高速交流類信號規(guī)格量之間的關系,確實需要一些數(shù)學知識。所以,請打開大學里用的數(shù)學書,翻到后面的標識表。接下來,我們來看看如何理解低頻輸入SNR、ENOB、有效分辨率和無噪聲代碼分辨率之間的關系。
假設FSR = ADC滿量程,n = 折合到輸入端噪聲,則(均方根)有效分辨率定義如下:
對于交流分析,則要使用滿量程正弦波輸入。另見上面的側邊欄討論,其中:
因此,代入等式16,就可推算出ENOB、交流類信號和直流類(低速)信號之間的關系?;颍?/span>
總之,對于直流低速信號,系統(tǒng)ENOB約比轉換器的無噪聲代碼分辨率大1位(確切為0.92位),比轉換器的有效分辨率小2位。
然而,隨著信號速率的加快,或者對于涉及帶寬的交流類信號,轉換器的SNR和ENOB會變得與頻率有關,并且在高頻輸入下會下降。
信號鏈中的轉換器不精確性