探討電壓基準(zhǔn)噪聲對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的有效位數(shù)（ENOB）和無(wú)噪聲分辨率的影響

在眾多使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的系統(tǒng)中，從溫控器到飛行控制等，ADC 將現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。由于信號(hào)鏈存在各種誤差，需考慮有效位數(shù)（ENOB）和無(wú)噪聲分辨率來(lái)更好地比較和提取信息，而電壓基準(zhǔn)作為信號(hào)鏈關(guān)鍵元件，其噪聲對(duì) ADC 精度和準(zhǔn)確度有重要影響。
*附件：探討電壓基準(zhǔn)噪聲對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的有效位數(shù)（ENOB）和無(wú)噪聲分辨率的影響.pdf

電壓基準(zhǔn)對(duì) ADC 噪聲的影響

• 低頻噪聲尤其是閃爍噪聲（0.1Hz - 10Hz）難以濾除，系統(tǒng)中通常存在噪聲。電路總噪聲由 ADC 驅(qū)動(dòng)器噪聲、ADC 本身噪聲和電壓基準(zhǔn)噪聲共同構(gòu)成，其關(guān)系為
  ，選擇低噪聲器件對(duì)低噪聲設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
• 除電壓基準(zhǔn)噪聲外，ADC 及驅(qū)動(dòng)器也會(huì)產(chǎn)生噪聲，共同影響電路噪聲水平。

電壓基準(zhǔn)對(duì) THD 的影響

• 對(duì)電壓基準(zhǔn)引腳重復(fù)采樣會(huì)引發(fā)電流瞬變，ADC 要求外部基準(zhǔn)在采樣相位結(jié)束時(shí)穩(wěn)定或再充電，否則會(huì)因電壓基準(zhǔn)帶寬不足或輸出阻抗過(guò)高無(wú)法為 ADC 基準(zhǔn)輸入充電，產(chǎn)生壓降，導(dǎo)致增益誤差和較低的 ENOB。
• 可在電壓基準(zhǔn)外部使用高帶寬、低輸出阻抗緩沖器提升 ADC 的 THD，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)表規(guī)格，部分 ADC 有內(nèi)部緩沖器，但并非全部。

電壓基準(zhǔn)噪聲和 THD 對(duì) ENOB 的影響

• ENOB 衡量電路交流特性對(duì) ADC 分辨率的影響，電路噪聲和 THD 用信噪比和失真（SINAD）表示，。
• 降低基準(zhǔn)電壓總噪聲可增大 SNR 進(jìn)而提升 ENOB，在電壓基準(zhǔn)輸出端添加緩沖器降低 THD 也有助于提高 ENOB。

電壓基準(zhǔn)噪聲對(duì)無(wú)噪聲分辨率的影響

• 無(wú)噪聲分辨率通過(guò)
  計(jì)算，可反映直流輸入到 ADC 的噪聲對(duì)分辨率的影響。
• 以 REF70（閃爍噪聲 ）和 REF50（閃爍噪聲
  ）在特定電路（電池供電，使用 OPA2320 驅(qū)動(dòng) ADS8900B ADC，ADC 集成基準(zhǔn)緩沖器驅(qū)動(dòng)器且在電壓基準(zhǔn)輸出端有 RC 低通濾波器）進(jìn)行測(cè)試，在 24 位級(jí)別，雖總噪聲受信號(hào)鏈影響，但 REF70 因閃爍噪聲低在計(jì)算無(wú)噪聲分辨率時(shí)性能更優(yōu)，使用低噪聲基準(zhǔn)可使用快速濾波器且保持高分辨率。

研究結(jié)論

在 ADC 廣泛應(yīng)用的各類(lèi)場(chǎng)景中，高精度和準(zhǔn)確度需求不斷增加，選擇合適的電壓基準(zhǔn)對(duì)提高 ADC 信號(hào)鏈的精度和準(zhǔn)確度極為關(guān)鍵，能有效提升 ADC 的 ENOB 和無(wú)噪聲分辨率，為實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)多樣的信號(hào)鏈方案奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，德州儀器（TI）對(duì)其提供的相關(guān)技術(shù)資源有明確的使用規(guī)定和免責(zé)聲明，用戶(hù)需按要求使用并承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。

審核編輯 黃宇