ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)介及參數(shù)詳解

ADC全稱是Analog-to-Digital Converter模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一般我們把模擬信號(hào)(Analog signal) 用A來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)寫(xiě)，數(shù)字信號(hào)(digital signal) 用D來(lái)表示。是用于將模擬形式的連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的離散信號(hào)的一類設(shè)備。今天我們主要說(shuō)ADC的參數(shù)，我們把他們分成基本參數(shù)，靜態(tài)參數(shù)，動(dòng)態(tài)參數(shù)三大類來(lái)進(jìn)行講解。

一、首先是ADC的基本參數(shù)，ADC的基本參數(shù)主要包括五個(gè)指標(biāo)，分別是1、分辨率，2、采樣速率，3、轉(zhuǎn)換時(shí)間，4、量程，5、最低有效位（LBS）這五種，也是選型最優(yōu)先考慮的幾點(diǎn)。

1、分辨率ADC是用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)的設(shè)備，而ADC的分辨率決定了儲(chǔ)存多少數(shù)字信號(hào)。例如一個(gè)8位的ADC能儲(chǔ)存的數(shù)字信號(hào)的種類是2的8次方即256種，位數(shù)越高A/D轉(zhuǎn)化的精度越高。

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

3、轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間的導(dǎo)數(shù)是轉(zhuǎn)換速率，轉(zhuǎn)換速率是指A/D轉(zhuǎn)換一次所需要時(shí)間的倒數(shù)，即單位時(shí)間內(nèi)完成A/D轉(zhuǎn)換的次數(shù).因?yàn)閷⒁粋€(gè)模擬信號(hào)值轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字量不能瞬間完成，這個(gè)過(guò)程需要一定的時(shí)間。

4、量程AD轉(zhuǎn)換器是一個(gè)電子器件，所以他只能輸入電壓信號(hào)。AD輸入端的模擬電壓有一個(gè)范圍，指的是允許輸入的模擬信號(hào)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(jì)算方式就是LSB=FSN/2^n，其中FSR是與基準(zhǔn)電壓（VREF）成比例的ADC的滿量程輸入范圍（V），N是ADC的位數(shù)，2^n等于ADC代碼的總數(shù)。

二、ADC的靜態(tài)參數(shù)主要有兩個(gè)，微分非線性（DNL）和積分非線性（INL），這兩個(gè)參數(shù)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(shí)際刻度與理想刻度之間的差值。理論上我們用數(shù)字量的臺(tái)階去給模擬電壓值進(jìn)行編碼的時(shí)候，臺(tái)階的寬度應(yīng)該都是一樣的，也就是說(shuō)當(dāng)ADC輸入和輸出是呈線性關(guān)系的時(shí)候，每次模擬輸入按照最小分辨率LSB進(jìn)行步進(jìn)的時(shí)候，數(shù)字輸出就增加1，也就是0000變成0001的一個(gè)過(guò)程。但是由于DNL，導(dǎo)致可能當(dāng)數(shù)字輸出由1000變成1001的時(shí)候，模擬值的變化卻不是按照LSB進(jìn)行增長(zhǎng)的，可能會(huì)多一點(diǎn)也可能少一點(diǎn)。

2、積分非線性（INL）INL，即積分非線性，他表征的是我們ADC的轉(zhuǎn)換值與真實(shí)值之間的差距。積分大多跟累計(jì)誤差有關(guān)，根據(jù)實(shí)際的模擬出一條曲線。INL是指ADC器件在所有的數(shù)值點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的模擬值和真實(shí)值之間誤差最大的那一點(diǎn)的誤差值，表示測(cè)量值的絕對(duì)誤差。

三、ADC的動(dòng)態(tài)的參數(shù)有很多，這里主要說(shuō)說(shuō)幾個(gè)決定動(dòng)態(tài)訊號(hào)的性能指標(biāo)參數(shù)。

1、信納比（SINAD）信納比指的是信號(hào)+噪聲+諧波的功率與諧波+噪聲的功率比值。即輸出信號(hào)功率與其余所有非輸出信號(hào)功率之比。SINAD很好地反映了ADC的整體動(dòng)態(tài)性能，因?yàn)樗ㄋ袠?gòu)成噪聲和失真的成分。計(jì)算公式：SINAD=(S+N+D)/(D+N)，

2、信噪比(SNR)ADC的信噪比（SNR）是指信號(hào)功率與噪聲功率之間的比值。這個(gè)比率用于衡量模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)過(guò)程中的噪聲水平。它直接影響了ADC轉(zhuǎn)換的精度和質(zhì)量。一個(gè)高SNR意味著更好的噪聲抑制能力，從而能夠提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。計(jì)算公式：

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

4、總諧波失真(THD)輸入信號(hào)與系統(tǒng)所有諧波的總功率比。指輸出信號(hào)比輸入信號(hào)多出的諧波成分。諧波失真是系統(tǒng)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(jì)算公式如下圖。

5、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍，反映了FFT分析頻譜中信號(hào)幅值與最大諧波的距離關(guān)系。所以SFDR值越大則說(shuō)明系統(tǒng)的噪聲水平越低，ADC的動(dòng)態(tài)性能越好。SFDR如下圖所示。