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容易混淆的概念:關(guān)于ADC分辨率的解析
發(fā)布時(shí)間:2016-06-30 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】低帶寬、高分辨率ADC的有效位數(shù)計(jì)算方法因公司而異,而器件的有效位數(shù)受噪聲限制。有些公司規(guī)定使用有效分辨率來(lái)表示有效位數(shù),ADI則規(guī)定使用峰峰值分辨率。峰峰值分辨率是指無(wú)閃爍位數(shù),計(jì)算方法與有效分辨率不同。
因此,要了解器件對(duì)于一項(xiàng)應(yīng)用的真正性能,必須確定所規(guī)定的是峰峰值分辨率還是有效分辨率。
噪聲
圖1顯示模擬輸入接地時(shí)從一個(gè)Σ-Δ型ADC獲得的典型直方圖。理想情況下,對(duì)于這一固定的直流模擬輸入,輸出碼應(yīng)為0。但是,由于噪聲影響,恒定模擬輸入存在一個(gè)碼字分布。此噪聲包括ADC內(nèi)部的熱噪聲和模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程引起的量化噪聲。

圖 1. 模擬輸入接地時(shí)的直方圖
碼字分布一般為高斯分布。均方根噪聲是通過(guò)從該直方圖產(chǎn)生的曲線計(jì)算出的,曲線的寬度決定均方根噪聲。高斯曲線的分布是從負(fù)無(wú)窮大到正無(wú)窮大。然而,99.99%的碼字出現(xiàn)在6.6倍均方根噪聲范圍內(nèi)。因此,峰峰值噪聲為均方根噪聲的6.6倍。
數(shù)據(jù)手冊(cè)一般使用均方根噪聲。噪聲取決于所用的濾波器頻率和增益設(shè)置。通常,當(dāng)模擬輸入范圍縮小時(shí),均方根噪聲也會(huì)變小。但是,由于滿量程模擬輸入信號(hào)也被減小,因此有效位數(shù)降低。
ABOUT 峰峰值分辨率
大多數(shù)應(yīng)用不希望在系統(tǒng)輸出時(shí)看到碼閃爍。例如,對(duì)于電子秤應(yīng)用,無(wú)閃爍位數(shù)很重要??梢詫DC產(chǎn)生的數(shù)字字截?cái)啵沟迷陔娮映颖O(jiān)視器上看不到閃爍位。
無(wú)噪聲分辨率或峰峰值分辨率是根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的噪聲值計(jì)算出的。首先計(jì)算信噪比(SNR):
SNR = 20log(噪聲/滿量程輸入)
ADI一般規(guī)定使用峰峰值分辨率或無(wú)噪聲碼分辨率,這是使用峰值噪聲(等于均方根噪聲的6.6倍)計(jì)算SNR而獲得的。從信噪比計(jì)算中可以確定精度:
SNR = 6.02N + 1.76 = 20log(峰值噪聲/滿量程輸入)
從AD7719數(shù)據(jù)手冊(cè)可知,當(dāng)模擬輸入范圍為+2.56 V且數(shù)據(jù)更新速率為5.35 Hz時(shí),均方根噪聲等于1.25μV。根據(jù)該數(shù)據(jù)計(jì)算信噪比:
(20log((6.6 × 1.25E–6)/(2.56 × 2)) = –115.85 dB
據(jù)此計(jì)算峰峰值分辨率:
115.85 = 6.02N + 1.76 => N = (115.85 – 1.76)/6.02 = 19 Bits
因此,在上述條件下,19個(gè)MSB中無(wú)閃爍位。
ABOUT有效分辨率
有些公司規(guī)定使用有效分辨率,而不是峰峰值分辨率。有效分辨率是通過(guò)均方根噪聲而非峰值噪聲計(jì)算出的。使用均方根噪聲計(jì)算信噪比:
(20log((1.25E–6)/(2.56 × 2)) = – 132.25 dB
據(jù)此計(jì)算有效分辨率:
132.25 = 6.02N + 1.76 =>
N = (132.25 – 1.76)/6.02 = 21.7 Bits
因此,有效分辨率 = 峰峰值分辨率 + 2.7位。
評(píng)估ADC時(shí),應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到有效分辨率與峰峰值分辨率的計(jì)算方法不同,有效分辨率比峰峰值分辨率大2.7位。此外,有效分辨率沒(méi)有突出閃爍位數(shù),峰峰值分辨率則指出了不閃爍的位數(shù),因而能更好地表示性能。
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