九種經(jīng)常被忽視的ADC規(guī)格

模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）有許多規(guī)格;對于給定的應(yīng)用程序，有些比其他應(yīng)用程序更重要。了解這些規(guī)格并控制影響ADC的外部器件將帶來更好的性能。

由于有如此多的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），總是很難知道哪種轉(zhuǎn)換器適合給定的應(yīng)用。數(shù)據(jù)手冊經(jīng)常使問題混淆，許多規(guī)格以意想不到的方式影響性能。

在選擇轉(zhuǎn)換器時，工程師通常只考慮分辨率、信噪比（SNR）或諧波。雖然這些很重要，但其他規(guī)格可能同樣重要。

分辨率

分辨率，也許是最容易被誤解的規(guī)范是指輸出位數(shù)，但沒有提供有關(guān)性能的有用信息。一些數(shù)據(jù)手冊列出了有效位數(shù)（ENOB），它使用實際SNR測量來計算轉(zhuǎn)換器的有效性。轉(zhuǎn)換器性能的一個更有用的指標是以dBm/Hz或nV/√Hz為單位的噪聲頻譜密度（NSD）。NSD可以通過了解采樣速率、輸入范圍、SNR和輸入阻抗（dBm/Hz）來計算。一旦知道這些，就可以選擇一個轉(zhuǎn)換器來匹配前端電路的模擬性能。這是選擇ADC的更好方法，而不是簡單地說明分辨率。

許多用戶還擔心雜散和諧波性能。這些與分辨率無關(guān)，但轉(zhuǎn)換器設(shè)計人員通常會調(diào)整其設(shè)計，使諧波與分辨率一致。

電源抑制

電源抑制（PSR）測量電源紋波如何耦合到ADC輸入以出現(xiàn)在其數(shù)字輸出上。在PSR有限的情況下，電源線上的噪聲將僅抑制在輸入電平以下30 dB至50 dB。

通常，電源上的無用信號相對于轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。例如，如果電源上的噪聲為20 mV rms，轉(zhuǎn)換器輸入范圍為0.7 V rms，則輸入端的噪聲為–31 dBFS。如果轉(zhuǎn)換器的PSR為30 dB，相干噪聲將在輸出中顯示為–61 dBFS譜線。PSR對于確定電源需要多少濾波和去耦非常重要。PSR在高噪聲環(huán)境中非常重要，例如醫(yī)療或工業(yè)應(yīng)用，或者DC-DC轉(zhuǎn)換器可用于實現(xiàn)高功率效率。

共模抑制

共模抑制（CMR）在存在共模信號的情況下測量感應(yīng)差模信號。許多ADC采用差分輸入來提供對共模信號的高抗擾度，并且差分輸入結(jié)構(gòu)自然會抑制偶數(shù)階失真產(chǎn)物。

與PSR一樣，共模信號可能由電源紋波、接地層感應(yīng)的高功率信號、通過混頻器和RF濾波器的RF泄漏以及存在高電場和磁場的應(yīng)用引起。雖然許多轉(zhuǎn)換器沒有指定CMR，但它們的CMR通常為50 dB至80 dB。

時鐘壓擺率

時鐘壓擺率是實現(xiàn)額定性能所需的最小壓擺率。大多數(shù)轉(zhuǎn)換器在時鐘緩沖器上具有足夠的增益，以確保采樣時刻得到很好的定義，但如果壓擺率足夠慢，導致采樣矩的高度不確定性，則會產(chǎn)生過多的噪聲。如果指定了最小輸入壓擺率，則用戶應(yīng)滿足該要求，以確保額定噪聲性能。

孔徑抖動

孔徑抖動是ADC不確定的內(nèi)部時鐘。ADC的噪聲性能受內(nèi)部和外部時鐘抖動的限制。

在典型的數(shù)據(jù)手冊中，孔徑抖動僅適用于轉(zhuǎn)換器。外部孔徑抖動與內(nèi)部孔徑抖動以均方根方式求和。對于低頻應(yīng)用，抖動可能并不重要，但隨著模擬頻率的增加，抖動引起的噪聲變得越來越受到關(guān)注。未能使用足夠的時鐘將導致性能低于預期。

除了時鐘抖動引起的噪聲增加外，時鐘信號中與時鐘不諧波相關(guān)的譜線在數(shù)字化輸出上也會顯示為失真。因此，時鐘信號應(yīng)具有盡可能高的頻譜純度。有關(guān)孔徑抖動影響的更多詳細信息，請參見ADI公司應(yīng)用筆記AN-501和AN-756。

光圈延遲

孔徑延遲是應(yīng)用采樣信號與輸入信號實際采樣之間的時間延遲。這個時間（通常為納秒或更短）可能是正數(shù)、負數(shù)甚至零。除非知道確切的采樣時刻很重要，否則孔徑延遲并不重要。

轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換延遲

轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換延遲是兩個密切相關(guān)的規(guī)范。轉(zhuǎn)換時間通常適用于逐次逼近轉(zhuǎn)換器（SAR），其中使用高時鐘速率來處理輸入信號，輸入信號出現(xiàn)在輸出上的時間比轉(zhuǎn)換命令晚得多，但在下一個轉(zhuǎn)換命令之前。轉(zhuǎn)換命令和轉(zhuǎn)換完成之間的時間是轉(zhuǎn)換時間。

轉(zhuǎn)換延遲通常應(yīng)用于流水線轉(zhuǎn)換器。用于產(chǎn)生數(shù)字輸出的流水線（內(nèi)部數(shù)字級）數(shù)量的度量，通常以流水線延遲表示。實際轉(zhuǎn)換時間可以通過將此數(shù)字乘以應(yīng)用中使用的采樣周期來計算。

起床時間

為了在注重功耗的應(yīng)用中節(jié)省功耗，該器件通常在相對廢棄期間關(guān)斷。雖然這確實可以節(jié)省大量功耗，但內(nèi)部基準電壓源穩(wěn)定和在器件重新打開時恢復內(nèi)部時鐘功能所需的時間有限。在此期間，生成的轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)將不符合規(guī)范。

輸出加載

與所有數(shù)字輸出器件一樣，ADC（尤其是CMOS輸出器件）規(guī)定了輸出驅(qū)動能力。雖然出于可靠性原因了解這一點很重要，但最佳性能通常會在低于全驅(qū)動能力的情況下發(fā)生。

在高性能應(yīng)用中，重要的是最小化輸出負載，并提供適當?shù)娜ヱ詈蛢?yōu)化布局，以最小化電源上的壓降。為了避免這些問題，許多轉(zhuǎn)換器提供LVDS輸出。由于LVDS是對稱的，因此開關(guān)電流減小，整體性能得到改善。如果可用，應(yīng)使用LVDS輸出以確保最佳性能。

Monotonicity

非單調(diào)轉(zhuǎn)換器是指數(shù)字代碼在斜率符號中表現(xiàn)出局部變化的轉(zhuǎn)換器。因此，對于不斷增加的模擬輸入，數(shù)字輸出表現(xiàn)出從正到負再回到正的局部斜率變化。對于交流性能很重要的應(yīng)用，非單調(diào)行為可能不會引起問題。但是，對于ADC是閉環(huán)一部分的應(yīng)用，這種行為通常會導致環(huán)路不穩(wěn)定和性能不佳。對于此類應(yīng)用，應(yīng)仔細選擇轉(zhuǎn)換器，以確保其具有單調(diào)性能。

未指定的條件

一個至關(guān)重要的未指定項目是PCB布局.雖然可以指定的內(nèi)容很少，但它會顯著影響轉(zhuǎn)換器性能。例如，如果應(yīng)用未能包含足夠的去耦電容，則會出現(xiàn)過多的電源噪聲。由于PSR有限，電源上的噪聲會耦合到模擬輸入中，并破壞數(shù)字輸出頻譜，如圖1所示。

圖1.帶上限的性能（左）和帶有限上限的性能（右）

審核編輯：郭婷