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ADC测试相关知识

基本概念

ADC, Analog Digital Converter, 中文名称是模拟数字转换器，主要完成模拟信号（一般是电压信号）到数字信号的转换的器件。和ADC测试相关的参数分为静态参数和动态参数两个部分。这篇文章主要对ADC的这些性能相关的参数做一个简单的介绍，并对这些参数的测试方法做一个简单的说明。

ADC相关的主要名词

  • Resolution分辨率， 一般来说，ADC的分辨率(R)和ADC的位数(N)有R = N^2的关系，ADC的分辨率也就是ADC最终可以输出不同数字信号的数量，一般ADC的位数越高，ADC的分辨率也就越高。
  • Reference Voltage参考电压，ADC工作的基本原理是将输入的电压与一个基准的电压比较，从而实现模拟电压到数字信号的转换，而这个基准的电压就来自于参考电压， ADC的输出代表输入的模拟电压占参考电压的比例，转换过程可以通过以下公式体现：
    D = (Vinput)/(Vref-high - Vref-low)*(2^N-1)

比如一个10位的ADC在5V的参考电压下面转换一个1V的输入信号，
D = 1V/5V * 1023 = 204d = 0xCCh

静态参数

  • DNL, Differential Non Linearity, 差分非线性误差，理想ADC输出数字量在整个范围内随输入线性变化，而实际ADC会有一定的偏差，这个偏差就是非线性误差。通俗的说，理想ADC相邻两个数据之间，模拟量的差值是一样的，就像一把尺子，但实际ADC并不能保证这个差值的一致性，就像尺子中相邻刻度也不是完全的1毫米一样。这个ADC相邻刻度的最大差异就是非线性误差，它以最小分辨率（LSB)为单位，如果DNL超过1LSB,那么ADC可能不是单调的，比如某个点输入电压升高，ADC的输出可能会变小。下图就是一个ADC非线性误差的一个例子，图中可以看出ADC各个分度之前是有一定差异的。
    DNL_Missing_code.png
  • INL, Integral Non Linearity, 积分非线性误差，这个误差是指ADC的输出曲线同理想输出曲线的最大偏差，可以直接通过下图看出。它的含义是ADC测量结果与实际值的一个最大差异，也就是ADC的一个结果的可信度。
    ADC_INL_Offset_chart.jpg
  • Gain Error增益误差，增益误差指的是当去除偏置误差之后ADC最高输出中间值对应的模拟电压与一理想曲线之间的差异。这个差异可能是正的，也可能是负的。
    GainError.png
  • Offset Error偏置误差，在INL的图中实际也有一定的偏置误差，偏置误差指的是ADC输出曲线的差异。对于理想ADC，当输入信号为0.5LSB时候，ADC输出应该从0跳变到1，这时ADC的偏置误差为0，如果ADC从0跳变到1对应的模拟输入不是0.5LSB, 那么这个差异就是偏置误差。

动态参数

  • THD, total harmonic distortion总谐波失真，它指的是输出信号比输入信号多出的额外的谐波成分, 在计算的时候一般把2~10次谐波的RMS值对1次谐波的RMS值取百分比或者按照dB表示。
    THD = 20 * log(sqrt(sum(V2^2 + .. V10^2))/V1)
  • SNR, Signal to Noise Ratio, 信噪比，有效信号的RMS值与噪声RMS的比，一般用dB表示。
    SNR = 20 * log(singal rms / noise rms)
  • SINAD Signal to noise and distortion(SiNAD), 信纳比，它是将信号谐波和噪声两个都考虑在内的一个量化指标，计算公式如下
    SiNAD = 20log(V1/sqrt(sum(V2^2 + .. Vn^2 + Vnoise^2))

它和THD的区别在于多了一个Vnoise。

  • ENOB, effective number of bits，ADC的有效位数，需要说明的是它是ADC在一定采样率下对一定频率信号的一个有效位数，它的计算公式如下：
    ENOB = (SINAD - 1.76) / 6.02
  • SFDR无杂散动态范围，它是指有效信号RMS值与次最大噪声成分或谐波失真成分RMS的比值，通常以dBFS(相对于ADC的满量程范围）表示。

最后更新于 2018-02-09 01:57:11 并被添加「」标签，已有 2006 位童鞋阅读过。


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