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ADC输入噪声面面观——噪声是利还是弊？ ADC , 所有模数转换器（ ）都有一定量的 折合到输入端噪声 可以将其模拟为与无噪 声ADC输入串联的噪声源。折合到输入端噪声与量化噪声不同，后者仅在ADC 处 理交流信号时出现。多数情况下，输入噪声越低越好，但在某些情况下，输入噪声 实际上有助于实现更高的分辨率。这似乎毫无道理，不过继续阅读本指南，就会明 白为什么有些噪声是好的噪声。 折合到输入端噪声（代码跃迁噪声） 实际的ADC 在许多方面与理想的ADC 有偏差。折合到输入端的噪声肯定不是理想 情况下会出现的，它对ADC整体传递函数的影响如图1 所示。随着模拟输入电压 提高，理想ADC（如图1A 所示）保持恒定的输出代码，直至达到跃迁区，此时 输出代码即刻跳变为下一个值，并且保持该值，直至达到下一个跃迁区。理论上， 理想ADC的代码跃迁噪声为0,跃迁区宽度也等于0.实际的ADC具有一定量的代 码跃迁噪声，因此跃迁区宽度取决于折合到输入端噪声的量（如图1B 所示）。图 1B 显示的情况是代码跃迁噪声的宽度约为1 个LSB（最低有效位）峰峰值。 图1:代码跃迁噪声（折合到输入端噪声）及其对ADC传递函数的影响 由于电阻噪声和kT/C噪声，所有ADC内部电路都会产生一定量的均方根（RMS） 噪声。即使是直流输入信号，此噪声也存在，它是代码跃迁噪声存在的原因。如今 通常把代码跃迁噪声称为折合到输入端噪声,而不是直接使用代码跃迁噪声这一 说法。折合到输入端噪声通常用ADC 输入为直流值时的若干输出样本的直方图来 表征。大多数高速或高分辨率ADC的输出为一系列以直流输入标称值为中心的代 码（见图2）。为了测量其值，ADC 的输入端接地或连接到一个深度去耦的电压源， 然后采集大量输出样本并将其表示为直方图（有时也称为 接地输入 直方图）。由 于噪声大致呈高斯分布，因此可以计算直方图的标准差σ,它对应于有效输入均方根 1 σ 噪声。参考文献 详细说明了如何根据直方图数据计算 值。该均方根噪声虽然可 以表示为以ADC 满量程输入范围为基准的均方根电压，但惯例是用LSB rms 来表 示。 图2:折合到输入端噪声对ADC接地输入端直方图的影响（ADC具有少量DNL） 虽然ADC 固有的微分非线性（DNL）可能会导致其噪声分布与理想的高斯分布有 细微的偏差（图2 示例中显示了部分DNL），但它至少大致呈高斯分布。如果DNL 比较大，则应计算多个不同直流输入电压的值，然后求平均值。例如，如果代码分 布具有较大且独特的峰值和谷值，则表明ADC 设计不佳，或者更有可能的是PCB 布局布线错误、接地不良、电源去耦不当（见图3）。当直流输入扫过ADC 输入电 压范围时，如果分布宽度急剧变化，这也表明存在问题。 图3:设计不佳的ADC和/或布局布线、接地、去耦不当的接地输入端直方图 无噪声（无闪烁）代码分辨率 ADC 的无噪声代码分辨率是指这样一个位数，如果超过该位数，则无法明确无误地 解析各个代码，原因是存在所有ADC 都具有的有效输入噪声（或折合到输入端噪 声），如上文所述。该噪声可以表示为均方根量，单位通常是LSB rms.乘以系数6.6 LSB N ADC 可以将均方根噪声转换为峰峰值噪声（用 峰峰值 表示）。 位 的总范围 为2NLSB.因此，无噪声采样总数等于： 对无噪声采样数求以2 为底的对数可以得到无噪声代码分辨率： 无噪声代码分辨率规格一般与高分辨率-型测量ADC 相关，通常是采样速率、数字 滤波器带宽和可编程增益放大器（PGA）增益的函数。图4 所示为从-型测量ADC AD7730 获得的一个典型数据表。 图4:Σ-Δ型ADCAD7730的无噪声代码分辨率 注意，当输出数据速率为50 Hz、输入范围为±10 mV 时，无噪声代码分辨率为16.5 位（80,000 无噪声采样）。这些条件下的建立时间为460 ms,因此该ADC 是精密 电子秤应用的理想之选。对于适合精密测量应用的高分辨率-型ADC,大部分数据手 册都提供了类似的数据。 有时候会利用满量程范围