ADC精度(I)：精度與分辨率是一回事嗎？

　　今天的博文詳述了這兩個概念間的差異。我們將在一系列帖子中深入研究造成ADC不準(zhǔn)確的主要原因。

　　ADC的分辨率被定義為輸入信號值的最小變化，這個最小數(shù)值變化會改變數(shù)字輸出值的一個數(shù)值。對于一個理想ADC來說，傳遞函數(shù)是一個步寬等于分辨率的階梯。然而，在具有較高分辨率的系統(tǒng)中(≥16位)，傳輸函數(shù)的響應(yīng)將相對于理想響應(yīng)有一個較大的偏離。這是因?yàn)锳DC以及驅(qū)動器電路導(dǎo)致的噪聲會降低ADC的分辨率。

　　此外，如果DC電壓被施加到理想ADC的輸入上并且執(zhí)行多個轉(zhuǎn)換的話，數(shù)字輸出應(yīng)該始終為同樣的代碼(由圖1中的黑點(diǎn)表示)。現(xiàn)實(shí)中，根據(jù)總體系統(tǒng)噪聲(也就是包括電壓基準(zhǔn)和驅(qū)動器電路)，輸出代碼被分布在多個代碼上(由下面的一團(tuán)紅點(diǎn)表示)。系統(tǒng)中的噪聲越多，數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合就越寬，反之亦然。圖1中顯示的是一個中量程DC輸入的示例。ADC傳遞函數(shù)上輸出點(diǎn)的集合通常被表現(xiàn)為ADC數(shù)據(jù)表中的DC柱狀圖。

　　圖1：ADC傳遞曲線上ADC分辨率和有效分辨率的圖示

　　圖1中的圖表提出了一個有意思的問題。如果同樣的模擬輸入會導(dǎo)致多個數(shù)字輸出，那么對于ADC分辨率的定義仍然有效嗎?是的，前提是我們只考慮ADC的量化噪聲。然而，當(dāng)我們將信號鏈中所有的噪聲和失真計(jì)算在內(nèi)時，正如等式 (1) 中所顯示的那樣，ADC的有效無噪聲分辨率取決于輸出代碼分布 (NPP)。

　　在典型ADC數(shù)據(jù)表中，有效位數(shù) (ENOB) 間接地由AC參數(shù)和信噪失真比 (SINAD) 指定，可使用方程式2計(jì)算得出：

　　下面，考慮一下圖1中的輸出代碼簇(紅點(diǎn))不是位于理想輸出代碼的中央，而是位于遠(yuǎn)離黑點(diǎn)的ADC傳遞曲線上的其他位置(如圖2中所示)。這個距離是指示出采集系統(tǒng)精度。不但ADC，還有前端驅(qū)動電路、基準(zhǔn)和基準(zhǔn)緩沖器都會影響到總體系統(tǒng)精度。

　　圖2：ADC傳遞曲線的精度圖示

　　需要注意的重要一點(diǎn)是ADC精度和分辨率是兩個也許不相等的不同參數(shù)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度講，精度確定了系統(tǒng)的總體誤差預(yù)算，而系統(tǒng)軟件算法完整性、控制和監(jiān)視功能取決于分辨率。

　　在我的下一篇帖子中，我將談一談決定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)“總”精度的關(guān)鍵因素。