【游戏世界】ADC噪声全面分析-02-ADC噪声测量方法和相关参数

ADC噪声测量方法和参数
在解释如何测量ADC噪声之前，重要的是要了解，当您查看ADC数据表规格时，相关指标参数表征对象是ADC ，而不是设计的电子系统。因此， ADC制造商测试ADC噪声的方式和测试系统本身应该展示ADC的能力，而不是测试系统的限制。因此，在不同系统或不同条件下使用ADC可能会导致噪声性能与数据表报告的不同。
ADC制造商使用两种方法来测量ADC噪声。第一种方法将ADC的输入短接在一起，以测量由于热噪声导致的输出代码的轻微变化。第二种方法涉及输入具有特定幅度和频率的正弦波（例如1kHz时的1VPP）并报告ADC如何量化正弦波。下图展示了这些类型的噪声测量。

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通常， ADC制造商会根据其目标应用选择单个ADC的噪声测量方法。例如，测量温度或重量等缓慢移动信号的delta-sigmaADC使用输入短路测试，该测试可精确测量直流性能。高速数据采集系统中使用的Delta-sigmaADC通常依赖正弦波输入方法，其中交流性能至关重要。对于许多ADC ，数据表指定了这两种测量类型。因此， TI不仅将ADC的性能与多种采样率的一系列AC输入信号，以及使用input-short测试的ADS127L01的DC性能。
ADC数据表中的噪声规格
如果您查看ADS127L01的数据表（或几乎所有ADC数据表，就此而言），您会看到以两种形式报告的噪声性能：图形和数字。下图显示了ADS127L01噪声性能的快速傅立叶变换(FFT) ，使用幅度为–0.5dbFS和4kHz频率的输入正弦波。该图可以计算和报告重要的交流参数，例如信噪比(SNR)、总谐波失真(THD)、信噪比和失真(SINAD)以及有效位数(ENOB)）。

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对于DC性能，噪声直方图显示特定增益设置、滤波器类型和采样率的输出代码分布。该图可以计算和报告重要的直流噪声性能参数，例如输入参考噪声、有效分辨率和无噪声分辨率。（许多工程师将术语“ENOB”和“有效分辨率”同义地使用来描述ADC的直流性能。但是， ENOB纯粹是源自SINAD的动态性能规范，并不意味着传达直流性能。
下图显示了ADS127L01的噪声直方图。

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与FFT图一样，噪声直方图提供了有关DC噪声性能的重要图形信息。由于噪声直方图具有高斯分布，平均（均方根[RMS]）噪声性能的定义通常是一个标准偏差——下图中的红色阴影区域。

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在下图中，蓝绿色阴影区域描绘了ADC的峰峰值(VN,PP)噪声性能。由于高斯噪声的波峰因数，即峰值与平均值的比值，峰峰值噪声以6或6.6个标准差给出。峰峰值噪声定义了测量噪声在此范围内的统计概率。如果输入信号也落在此范围内，则它可能会被本底噪声遮挡，从而导致代码闪烁。额外的过采样将有助于降低峰峰值噪声，但代价是更长的采样时间。
还可以在大多数ADC数据表的电气特性部分以数字形式找到上述AC和DC规格。此规则的一个例外涉及带有集成放大器的ADC ，其中噪声性能随增益和数据速率而变化。在这种情况下，通常有一个单独的噪声表用于参数，例如输入参考噪声（RMS或峰峰值）、有效分辨率、无噪声分辨率、ENOB和SNR 。

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交流和直流噪声参数定义、测试以及相关公式
下表总结了交流和直流噪声参数、它们的定义、适用的噪声测试和公式。

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绝对与相对噪声参数
上表中所有方程的一个重要特征是它们涉及一些值的比率。这些是“相对参数” 。顾名思义，这些参数提供了相对于某个绝对值的噪声性能度量，通常是输入信号（相对于载波的分贝[dBc]）或FSR（相对于满量程的分贝[dBFS]）。
下图显示了使用–0.5dBFS输入信号的ADS127L01的输出频谱，其中满量程为2.5V 。

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如果选择的系统输入信号没有参考相同的满量程电压，或者如果输入信号幅度与数据表中定义的值不同，则您不一定期望达到数据表的性能，即使其他输入条件相同。
同样，对于直流噪声参数，可以从表中看到，有效分辨率与给定工作条件下ADC的输入参考噪声性能以及ADC的FSR相关。由于FSR取决于ADC的参考电压，因此使用数据表中未列出的参考电压会影响ADC的性能指标。