逐次逼近型(SAR)转换器涵盖了广泛的采样速率、分辨率和应用。它们通常有折合到输入端噪声,但对于交流输入信号,则还有SNR、ENOB、SFDR和THD等规格。
虽然采样频率为数百MHz或以上的高速转换器(如流水线式转换器)通常以SNR、SINAD、SFDR、ENOB等交流规格来描述,但它们也能采集直流类信号或低速信号。因此,了解如何从数据手册上列出的交流规格推算出高速转换器的低频性能是非常有用的。
侧边栏讨论:SNR等式
理想转换器对信号进行数字化时,最大误差为±½ LSB,如一个理想N位ADC的传递函数所示。对于任何横跨数个LSB的交流信号,其量化误差可以通过一个峰峰值幅度为q(一个LSB的权重)的非相关锯齿波形来近似计算。对该近似法还可以从另一个角度来看待,即实际量化误差发生在±½ q范围内任意一点的概率相等。
图2更详细地显示了量化误差与时间的关系。一个简单的锯齿波形就能提供足够准确的分析模型。锯齿误差的计算公式如下:
图2.量化噪声与时间的关系。
锯齿误差波形产生的谐波远远超过奈奎斯特带宽或直流至Fs/2,其中,Fs = 转换器采样速率。然而,所有这些谐波都会折回(混叠)到奈奎斯特带宽并相加,产生等于q/√12的均方根噪声。
量化噪声大致呈高斯分布,均匀分布于目标奈奎斯特带宽上,其范围通常为直流至Fs/2。这里假设量化噪声与输入信号不相关。理论信噪比现在可以通过一个满量程输入正弦波来计算:
要理解低速、直流类信号与高速交流类信号规格量之间的关系,确实需要一些数学知识。所以,请打开大学里用的数学书,翻到后面的标识表。接下来,我们来看看如何理解低频输入SNR、ENOB、有效分辨率和无噪声代码分辨率之间的关系。
假设FSR = ADC满量程,n = 折合到输入端噪声,则(均方根)有效分辨率定义如下:
对于交流分析,则要使用满量程正弦波输入。另见上面的侧边栏讨论,其中:
因此,代入等式16,就可推算出ENOB、交流类信号和直流类(低速)信号之间的关系。或,
总之,对于直流低速信号,系统ENOB约比转换器的无噪声代码分辨率大1位(确切为0.92位),比转换器的有效分辨率小2位。
然而,随着信号速率的加快,或者对于涉及带宽的交流类信号,转换器的SNR和ENOB会变得与频率有关,并且在高频输入下会下降。
信号链中的转换器不精确性