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ADC模數轉換器的簡介及參數詳解

海洋儀器 ? 2024-02-19 12:58 ? 次閱讀
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ADC全稱是Analog-to-Digital Converter模數轉換器,一般我們把模擬信號(Analog signal) 用A來進行簡寫,數字信號(digital signal) 用D來表示。是用于將模擬形式的連續信號轉換為數字形式的離散信號的一類設備。今天我們主要說ADC的參數,我們把他們分成基本參數,靜態參數,動態參數三大類來進行講解。

一、首先是ADC的基本參數,ADC的基本參數主要包括五個指標,分別是1、分辨率,2、采樣速率,3、轉換時間,4、量程,5、最低有效位(LBS)這五種,也是選型最優先考慮的幾點。

1、分辨率ADC是用于將模擬信號轉化成數字信號的設備,而ADC的分辨率決定了儲存多少數字信號。例如一個8位的ADC能儲存的數字信號的種類是2的8次方即256種,位數越高A/D轉化的精度越高。

2、采樣速率采樣速率是兩次采樣(兩次轉換)的間隔時間的倒數,為了保證轉換的正確完成,一般采樣速率必須小于等于轉換速率,即采樣時間大于等于轉換時間。

3、轉換時間轉換時間的導數是轉換速率,轉換速率是指A/D轉換一次所需要時間的倒數,即單位時間內完成A/D轉換的次數.因為將一個模擬信號值轉換成一個數字量不能瞬間完成,這個過程需要一定的時間。

4、量程AD轉換器是一個電子器件,所以他只能輸入電壓信號。AD輸入端的模擬電壓有一個范圍,指的是允許輸入的模擬信號范圍,就是ADC的量程。

5、最低有效位(LBS)LBS又稱為最小分辨率,他的計算方式就是LSB=FSN/2^n,其中FSR是與基準電壓(VREF)成比例的ADC的滿量程輸入范圍(V),N是ADC的位數,2^n等于ADC代碼的總數。

二、ADC的靜態參數主要有兩個,微分非線性(DNL)和積分非線性(INL),這兩個參數描述了ADC非線性的原因。

1、微分非線性(DNL)DNL,即微分非線性,他表征的是我們ADC的實際刻度與理想刻度之間的差值。理論上我們用數字量的臺階去給模擬電壓值進行編碼的時候,臺階的寬度應該都是一樣的,也就是說當ADC輸入和輸出是呈線性關系的時候,每次模擬輸入按照最小分辨率LSB進行步進的時候,數字輸出就增加1,也就是0000變成0001的一個過程。但是由于DNL,導致可能當數字輸出由1000變成1001的時候,模擬值的變化卻不是按照LSB進行增長的,可能會多一點也可能少一點。

2、積分非線性(INL)INL,即積分非線性,他表征的是我們ADC的轉換值與真實值之間的差距。積分大多跟累計誤差有關,根據實際的模擬出一條曲線。INL是指ADC器件在所有的數值點上對應的模擬值和真實值之間誤差最大的那一點的誤差值,表示測量值的絕對誤差。

三、ADC的動態的參數有很多,這里主要說說幾個決定動態訊號的性能指標參數。

1、信納比(SINAD)信納比指的是信號+噪聲+諧波的功率與諧波+噪聲的功率比值。即輸出信號功率與其余所有非輸出信號功率之比。SINAD很好地反映了ADC的整體動態性能,因為它包括所有構成噪聲和失真的成分。計算公式:SINAD=(S+N+D)/(D+N),

2、信噪比(SNR)ADC的信噪比(SNR)是指信號功率與噪聲功率之間的比值。這個比率用于衡量模擬信號轉換為數字信號過程中的噪聲水平。它直接影響了ADC轉換的精度和質量。一個高SNR意味著更好的噪聲抑制能力,從而能夠提供更準確的數據轉換。計算公式:

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3、有效位數(ENOB)ENOB是包括了量化噪聲和失真項,有效分辨率用于衡量ADC在無量化噪聲的直流輸入條件下的噪聲。將計算所得的SINAD值替換SNR,并求解N,計算公式如下圖所示??吹贸鰜砭褪荢NR公式的變換。

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4、總諧波失真(THD)輸入信號與系統所有諧波的總功率比。指輸出信號比輸入信號多出的諧波成分。諧波失真是系統不完全線性造成的。所有附加諧波電平之和稱為總諧波失真。計算公式如下圖。

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5、無雜散動態范圍(SFDR)無雜散動態范圍,反映了FFT分析頻譜中信號幅值與最大諧波的距離關系。所以SFDR值越大則說明系統的噪聲水平越低,ADC的動態性能越好。SFDR如下圖所示。

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