設計人員需要盡量減少顯示數量的閃爍，特別是對于用戶期望穩定，無閃爍讀數的醫療和儀器應用。由于顯示閃爍的主要來源是來自模數轉換器（ADC）的噪聲，設計人員需要仔細選擇此組件。

選擇太多delta-sigma ADC無噪聲位進行過度設計會不必要地增加元件成本和功耗。或者，具有太少無噪聲位的設計不足將產生不可接受的顯示閃爍。

隨機轉換器噪聲

自然界中的一切都顯示噪聲某種。活橡樹有數百萬片葉子，它們通常是相同的，但具有不同的細節。人們可以將葉子圖案變化描述為噪聲。由于噪聲，物理量的每次測量都是不確定的，但是存在預期的一般模式。 Galton盒子說明了這種現象（圖1）。

圖1：許多球分別通過Galton Box落入盒子的底部，形成正態或高斯分布。 （圖片來源：Digi-Key Electronics）

在Galton盒子頂部掉落的球有50％的機會向右或向左彈跳。這些統計數據是在幾個球落到盒子底部的最后安息位置時播放的。不可能確定任何一個特定球的靜止位置，但是，隨著時間的推移，多個球會產生明顯的正態分布。

ADC在產生輸出數字樣本時也會出現一定程度的不確定性。這種不確定性反映了轉換器的內部硅噪聲。雖然噪聲似乎是一個完全隨機的事件，但正態分布模式會隨著時間的推移描述這個事件（圖2）。

圖2：輸出具有單個輸入電壓隨時間變化的ADC（a）顯示由正常或高斯分布（b）限制的噪聲。 （圖像來源：Digi-Key Electronics）

在定義轉換器的均方根（RMS）或標準偏差（s）和峰峰值（pk-pk）質量時，供應商實際上指的是噪音。統計上，ADC的輸出代碼噪聲的描述可以是平均值（h），均方根（RMS）或標準偏差（s）以及峰峰值（pk-pk）。等式1描述了h，等式2描述了s。

其中x1，x2，x3，xn是以伏特或位為單位的ADC樣本，n是ADC樣本的總數。

轉換器數據表有用單個值描述隨機輸出噪聲量的兩種方法。第一種方法使用來自嘈雜的數據分布的標準偏差或RMS。第二種方法用pk-pk值描述轉換器的噪聲。

使用波峰因數馴服噪聲

理論上，人們必須等待無限的時間才能確定設計的系統是否會保持在一組峰峰值噪聲邊界內。在實踐中，需要更合理的方法

由于噪聲遵循高斯分布模式，設計人員可以使用統計模型以高度確定性來預測峰峰值噪聲。使用波峰因數計算這種預測噪聲峰值水平的技術相對簡單。噪聲發生的波峰因數是一種統計估計，它確定噪聲事件發生的概率將保持在定義的邊界內。

預測數據顯示中允許波動的技術相對簡單。在選擇峰值因子（基于將保持在定義的限制內的噪聲事件的百分比）之后，將兩個標準偏差的值乘以所選的波峰因數（等式3和4）。

Vpk- pk = 2×波峰因數×VRMS

pk-pk（位）= RMS（位） - 波峰因數（

此技術確定輸出數據結果的百分比超出顯示數字并且看不見。行業標準波峰因數為3.3，適用于三位數顯示。為了使五位數顯示無閃爍，4.4波峰因數值是合適的（圖3）。

圖3.為保持五位數顯示器無閃爍，峰值因數為4.4是合適的。 （圖像來源：Digi-Key Electronics）

在圖3中，峰峰值電壓噪聲等于等效輸出電壓噪聲（RMS）2波峰因數。峰峰值噪聲比特等于比特噪聲（RMS） - 波峰因數，以比特為單位。根據選定的波峰因數，圖3定義了超出定義的峰峰值限制的發生概率。

推導出正確的ADC解決方案

在醫療或儀器應用中環境，用戶期望穩定，無閃爍的數字顯示。由于閃爍的主要驅動因素是噪聲，設計人員需要仔細選擇其感應系統ADC。五位數顯示壓力表的一個例子是使用壓力傳感器和Δ-ΣADC來檢測原始壓力。挑戰在于為此應用選擇最佳ADC（圖4）。

圖4：壓力表的前端儀表包括壓力傳感器，delta-sigma ADC和處理器或微控制器。 （圖像來源：Digi-Key Electronics和華新儀器）

5位數顯示的位數等于99，999，或10 5 - 1。公式5計算該系統的ADC的正確分辨率（N）。

其中N = ADC的分辨率

根據公式5，5位的正確delta-sigma ADC分辨率顯示為16.6位。換句話說，轉換器的無噪聲分辨率必須等于或大于16.6。

Delta-sigma轉換器數據表，例如ADI公司的AD7175-2BRUZ-RL7，具有噪聲允許設計人員確定轉換器對特定應用的適用性的規范。 AD7175-2的數據手冊規定了各種條件。通常，每種條件的可用規格是RMS噪聲，有效分辨率，峰峰值噪聲和峰峰值分辨率（圖5）。

圖5：使用Sinc3濾波器的AD7175-2的RMS噪聲和峰峰值分辨率與輸出數據速率的關系。 （圖像來源：ADI公司）

圖5中唯一非常有用的值是RMS噪聲和有效分辨率。峰峰值噪聲和峰峰值分辨率通常表示峰值因數為3.3的噪聲值。

將峰值因子應用于圖3中的3.14位到公式4，得出：

pk-pk（位）= 20.9bits - 3.14bits

pk-pk（位）= 17.76bits

讀取圖5中的表格，ADC7175 -2此應用程序的最大數據輸出速率為每秒62，500個樣本（SPS）。更高的分辨率意味著更低的輸出數據速率，因此唯一不會產生5位數顯示的數據速率是250，000 SPS。

結論

對于醫療或儀器顯示穩定性，設計師需要最小化顯示閃爍。顯示器閃爍噪聲的主要來源是內部ADC。本文介紹正確使用波峰因數理論確定適當的轉換器，并將此理論應用于ADI公司的AD7175-2BRUZ-RL7 ADC。