前言

ADC芯片即模數轉換器，是將模擬量轉化為數字量的芯片，在如今的這個時代，這是很重要的芯片。在許多高精度測量領域，都在大規模的使用ADC芯片，我們在做項目的時候也會大量使用，熟悉它的參數才能更好的使用它。

一、ADC工作原理

模擬信號轉化為數字信號，一般分為4個步驟進行，即采樣、保持、量化和編碼。前兩個步驟在采樣-保持電路中完成，后兩個步驟則在ADC中完成。ADC是把經過與標準量比較處理后的模擬量轉化為二進制數值表示的離散信號的轉化器。所以任何一個模數轉化器都需要一個參考模擬量作為轉換的標準，比較常見的參考標準為ADC芯片最大的可轉換信號大小。

圖1 ADC工作原理

二、詳細參數

1.分辨率

分辨率n是用于表示模擬信號的位數，如果ADC是3位的，那么就共有8種輸出碼。分辨率越高，ADC就可識別更小的輸入電壓變化。VREF/2n-1(2的n次方減1)即為分辨率，n位的ADC，即有2n(2的n次方)個輸出，共有2n-1(2的n次方減1)個間隔，這個間隔即是ADC芯片能識別的最小輸入信號變化量。

2.轉換率/采樣率/轉化時間

轉換時間Tconv表示完成一次模數轉換消耗的時間，或相鄰兩次轉換的時間間隔;

轉化率/采樣率Ws：表示ADC數據轉換的頻率，單位為：采樣/秒(SPS)，兩者互為倒數關系。

3.最低有效位(LSB)/最高有效位(MSB)

即ADC芯片的最高位和最低位。那么1LSB的電壓值，就是ADC的分辨精度，是由ADC的參考電壓VREF和分辨率n共同決定的。

4.量化誤差

輸入信號在量化門限之間隨機變化，則量化誤差e在兩次采樣間基本不相關，且在±LSB/2范圍內均勻分布，我們可以將其視為一種白噪聲。因為ADC采樣出來的信號是離散的，而實際模擬信號是連續信號，所以ADC采樣出來的兩個相鄰離散信號不能精準表示模擬信號而帶來的誤差。

5.SNR

SNR即為信噪比，是信號功率與ADC噪聲功率的比。理想ADC的SNR是信號功率和量化誤差e帶來的噪聲功率(DC-Fs/2的頻率范圍)的比值。那也就是說在只考慮量化噪聲的情況下，知道了ADC的位數N就可以確定信噪比的大小，SNR=1.76+6.02N dB。但實際上ADC，有量化噪聲、本征噪聲、系統噪聲、時間抖動等噪聲。

6.失調誤差

ADC輸入輸出曲線中第一個轉換點與理想值的偏差，可以用LSB表示。

圖2 失調誤差

7.增益誤差

ADC實際傳輸曲線斜率偏離理想斜率的程度。即補償了失調誤差之后，輸出曲線最后的實際偏差。

圖3 增益誤差

8.微分非線性(DNL)

這個參數是用來描述ADC芯片線性度的一個參數。這個參數的公式這樣計算：

DNL表示的是微觀狀態下的偏差，理想ADC在輸出碼(如101)所對應的模擬信號的范圍為1LSB，但實際的ADC對應的模擬信號范圍可能或大或小，DNL就表示理想和實際的差值。其中DNL=-1.0LSB表示丟碼。DNL值小并不代表SNR高，但DNL值大反映SNR下降。

圖4 微分非線性

9.積分非線性(INL)

這個參數是用來描述ADC芯片線性度的一個參數。這個參數的公式這樣計算：

INL表示的是宏觀狀態下的偏差，在任意一個點，由于DNL的積累導致在那個點與理想值的差值。

INL小并不代表THD低，但INL值大反映THD惡化。

圖5 積分非線性

10.總諧波失真(THD)

電路的非線性會引入諧波失真，給電路的輸入端施加一個余弦信號x(t)=Acos(wt)，根據泰勒展開，其輸出端信號可以表示為：

高次項的泰勒展開產生了高次諧波，即為諧波失真，總諧波失真(THD)是指將所有諧波能量(除去基頻)之和用基頻能量歸一化量化，那THD可以表示為：

THD為負值，越負的話，表示信號失真程度越小。

圖6 諧波失真

方波的諧波是最多的，正弦波信號經過ADC采集的話，會產生諧波信號。

11.信號與噪聲失真比(SINAD/SNDR)

表示信號與噪聲和諧波失真總能量的比值。

SINAD或者SNDR可以看作是考慮量化噪聲和諧波失真的情況下，ADC的信噪比。

12.有效位數(ENOB)

表示把當前ADC看做是理想ADC時所具有的分辨率位數。，所以在使用ADC時我們更應該關注這個參數。

13.無雜散動態范圍(SFDR)

表示最大信號成分與最大失真成分的比值。

圖6 無雜散動態范圍

14.動態范圍(DR)

表示最大信號與最小可識別信號之間的比值。

15.孔徑延時

采樣時鐘邊沿與實際采集到信號點的時間差。

總結

ADC是我們常用的一種芯片，我們必須對基礎的參數都了解，這樣才能設計出我們想要的電路。好了就這些，如果大家看的有什么問題，歡迎提出。覺得不錯的可以點個贊哦，你的鼓勵就是我更新的最大動力。