電壓基準(zhǔn)噪聲對于增量-累加ADC分辨率的影響

　　你評估過一個ADC的噪聲性能，并且發(fā)現(xiàn)測得的性能不同于器件數(shù)據(jù)表中所給出的額定性能嗎？在高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中實現(xiàn)高分辨率需要對模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 噪聲有一定的認(rèn)識和了解。有必要了解數(shù)據(jù)表如何指定噪聲性能，以及外部噪聲源對總體系統(tǒng)性能的影響方式。其中的一個噪聲源示例就是我的同事Ryan Andrews在他的博文，“小心！你的ADC的性能也許只和它的電源性能差不多。”中所談到過的電源噪聲。在這篇博文中，我將會看一看基準(zhǔn)噪聲如何影響增量-累加ADC中的DC噪聲性能。

　　如圖1所示，你可以用短接至中電源電壓的正負(fù)輸入來指定和測量一個ADC的DC噪聲性能。通過測量這個條件下的噪聲，ADC輸出代碼內(nèi)的噪聲幾乎不受基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)噪聲或輸入信號噪聲變化的影響。雖然這個測試條件相對于實際應(yīng)用來說是一個過于理想的情況，它的確較好地給出了一個不受某些外部噪聲源影響的ADC噪聲性能。

　　圖1：ADC噪聲性能測試（和調(diào)試）配置

　　提示：調(diào)試時，在開始其它系統(tǒng)噪聲性能測試之前，用評估隔離式ADC噪聲性能的短接輸入測試來開始評估系統(tǒng)的噪聲性能。

　　基準(zhǔn)噪聲如何影響ADC DC噪聲性能

　　這個影響與ADC的基本任務(wù)相關(guān)；而ADC的基本任務(wù)就是提供一個輸出代碼，來表示輸入信號電壓與基準(zhǔn)電壓的比率。輸入和基準(zhǔn)電壓都會將一個噪聲項添加到這個比率中，如方程式1所示：

　　（1）

　　輸入信號噪聲，，對于ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響是非常直接的。ADC將捕捉未被濾除掉的任何噪聲—使用外部電阻-電容 （RC） 濾波器，或者增量-累加ADC的信號濾波器進(jìn)行過濾。由于對于方程式1中的比率有直接影響，你可以在輸出代碼中進(jìn)行觀察。

　　提示：在評估ADC噪聲性能時，由于輸入信號的噪聲直接影響ADC的輸出結(jié)果，請確保輸入信號是一個低噪聲源。

　　然而，基準(zhǔn)噪聲，，對于ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響并不直接，這是因為出現(xiàn)在分母中。當(dāng)分子為零時（就與ADC輸入被短接的情況一樣），這個比率始終為零，而項將不會影響比率。當(dāng)分子與分母大體相等時，將會對比率有很大的影響。當(dāng)比率介于0和1之間時，的影響由比率值來衡量。圖2顯示的是得出的特性運行方式。

　　圖2：ADC和基準(zhǔn)噪聲與輸入電壓之間的關(guān)系

　　當(dāng)通過使用均方根增加的方法將基準(zhǔn)噪聲添加到ADC的噪聲中時，這個組合噪聲是輸入電壓的函數(shù)，它會在正或負(fù)輸入電壓變大時增加。在圖2中的曲線上，有幾個點需要注意：

　　點A，這是用ADC數(shù)據(jù)表中給出的短接輸入測得的ADC噪聲。

　　點B，這是總帶寬限制基準(zhǔn)噪聲，通常受到ADC數(shù)字濾波器帶寬的限制。

　　如果你知道針對噪聲源的噪聲頻譜密度和噪聲帶寬的話，你就能夠計算出基準(zhǔn)噪聲（點B）；否則的話，將一個滿量程電壓輸入施加到ADC上，并且測量噪聲性能，這樣通常能夠獲得一個比較好的基準(zhǔn)噪聲測量值。