怎样认识模数转换器的输入噪声.pdfVIP

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σ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，σ)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σ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 · 2 00 6 年4 月 53 专题特写:模拟技术 线不好，接地设计差，或电源去耦不正 器(PGA)增益(因此关系到输