以下是其计算方法,其中所用ADC的SNR = 60 dB。
注意,20 mV的噪声可使系统灵敏度下降1位或6 dB,使系统性能从要求的60 dB降至54 dB。为了解决这个问题,可能应该选择一种新型转换器,以便维持60 dB或0.1%的系统精度。我们选择一款ADC,其SNR/动态范围为70 dB,或者,其ENOB为11.34位,看看是否有用。
看起来性能并无多大变化。为什么?因为前端的噪声太大,无法实现0.1%的精度,虽然转换器的性能本身要远远好于规格要求。需要改变前端设计,以便实现需要的性能。这种情况如下面的图6所示。知道最后一个配置示例为什么不起作用吗?设计人员并不能简单地选择一款更好的ADC来提高系统的整体性能。
图6. 前端噪声与12位70 dB ADC噪声比较。
加总情况
前面选择的10 V满量程、12位ADC的动态范围为60 dB,可实现0.1%的精度。这意味着,总累积误差需要小于10 mV或10 V/(1060/20),才能达到0.1%的精度要求。因此,必须更换前端组件,以把前端误差降至9 mV p-p,如图7所示,所用转换器的SNR为70 dB。
图7. 低前端噪声与12位70 dB ADC噪声比较。
如果要使用14位、74 dB ADC,如图8所示,则对前端的要求甚至可以进一步放宽。但这种折衷可能会导致成本增加。这些折衷要根据具体的设计和应用进行评估。举例来说,更值得的做法可能是加大对容差更小、漂移更低的电阻的投入,而不是投资采购性能更强的ADC。
图8. 前端噪声与14位74 dB ADC噪声比较。
分析总结
前文简要介绍了精度误差、分辨率和动态范围之间的关系,这些指标为针对具体应用选择转换器提供了不同的参考,这些应用则要求达到一定的测量精度。了解所有组件误差以及这些误差对信号链的影响至关重要。注意,并非所有组件均生而平等!创建囊括所有这些误差的电子表是插入不同信号链组件的简便方法,可更快进行评估并决定组件的权衡取舍,如表2所示。在不同组件的成本之间进行权衡时,尤其如此。另外,有关如何生成这种电子表格的讨论将在本系列第三部分进行。最后,请记住,单纯增加信号链中转换器的性能或分辨率无法提升测量精度。如果依旧存在同样数量的前端噪声,精度将不会得到改善。只会让这些噪声或不精确性测量达到更精细的程度,并最终可能让设计人员的老板付出更多的成本。