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专题特写:模拟技术 如何认识模数转换器的输入噪声 美国模拟器件公司 引言 跃迁区域的宽度为零 实际的ADC有一 个深度去耦的电压源 然后采集大量的 所有模数转换器(ADC)都有一定数 定数量的编码跃迁噪声 因而具有有限 输出采样 并且将其绘制为直方图(如果 量折合到输入端的噪声 通常被看作一 的跃迁区域宽度 图1(b)示出编码跃迁 ADC的输入标称值为0V则称之为输 种与无噪声ADC的输入端串联的噪声 噪声宽度约为一个最低有效位(LSB)峰 入接地直方图)由于该噪声是近似的高 源 不应该把折合到输入端的噪声与量 峰值(P-P)噪声的情况 斯(Gaussian)分布 所以该直方图的标 化噪声相混淆 量化噪声仅在ADC处理 准偏差 可以计算 它相当于RMS输入 随时间变化的信号时有意义 在大多数 噪声 通常的做法是用LSB的RMS来 情况下 输入噪声越小越好 但是在有 表示这种RMS噪声 相当于折合成 些情况下 输入噪声实际上对提高分辨 ADC满度输入范围的RMS电压 如果 率是有帮助的 模拟输入范围以数字量或个数来表示 那么输入值(例如 )可以用LSB的数 折合到输入端的噪声(编码跃迁噪声) 图2折合到输入端的噪声对ADC的输入接地 量来表示 直方图的影响 实际的ADC在许多方面与理想的 尽管ADC内在的微分线性误差 ADC有偏差 折合到输入端的噪声(又 从内部结构来看 所有ADC电路都 (DNL)会造成与理想的高斯分布的偏差 称作有效输入噪声)无疑是偏离理想值 会由于电阻器噪声和 kT/C噪声而产 (例如 图2中有一些DNL是很明显的) 它对ADC总传递函数的影响如图1所 生一定数量的有效值(RMS)噪声 这种 但应当至少近似于高斯分布 如果有显 示 当模拟输入电压增加时 理想的 噪声甚至对于直流输入信号也会出现 著的DNL偏差 那么应对于几个不同的 ADC(如图1(a)所示)保持一个恒定的输 被认为是造成编码跃迁噪声的原因 现 DC输入电压进行平均计算 值 如果 出编码直到达到一个跃迁区 在那一点 在通常称作折合到输入端的噪声 折合 编码分布明显是非高斯分布的 例如有 上输出编码立刻跳变到下一个量化值 到输入端的噪声最常用的表征方法是检 大而明显的波峰或波谷 这就表明对 并且一直保持到达到下一个跃迁区域 查大量输出采样的直方图 同时ADC的 ADC设计得不好 或很可能是印制板布 理想的ADC具有零编码跃迁噪声 并且 输入端保持在一个恒定的直流值 最高 速或最高分辨率ADC的输出是编码的 分布 通常集中在直流输入标称值的周 围 如图2所示 为了测量折合到输入端的噪声的数 量 要将ADC的输入端接地或连接到一 图1编码跃迁噪声及其对ADC传递函数的影响 图3存在设计缺陷时的输入接地直方图 今日电子 2006 年4 月 5 3 万方数据 专题特写:模拟技术