ADC的交流参数是衡量其在处理交流信号时性能的关键指标。一般包括:
1 信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)
这是衡量ADC输出信号中有用信号与噪声水平的比值。信噪比越高,表示ADC的性能越好。
SNR (dB) = MaxRMSSignal / RMSNoise = 6.02*N + 1.76
MaxRMSSignal为最大输入信号的有效值。
RMSNoise为量化噪声的有效值。RMSNoise = 1LSB / √12
2 总谐波失真(Total Harmonic Distortion, THD)
它描述了信号在转换过程中产生的谐波失真总量。THD越低,表示失真越小,转换质量越高。
THD(%) =( RMSDistortion / MaxRMSSignal )*100
RMSDistortion = √(V2^2 + V3^2 + V4^2 + ……Vn^2)
RMSDistortion为所有谐波的有效值。
3 信纳比(Signal-to-Noise and Distortion Ratio, SINAD)
也称为SNDR,是衡量ADC在处理信号时性能的一个重要参数。它反映了在奈奎斯特带宽上信号的质量,包含了所有噪声和失真的影响。SNDR越大,意味着输入信号中的噪声和杂散信号所占的比率越小,从而表明信号处理的质量越高。
SINAD(dB) = 20 log(MaxRMSSignal / √(RMSDistortion^2 + RMSNoise^2) )
可以看到SINAD中包含了量化噪声和谐波噪声。
4 有效位数(Effective Number of Bits, ENOB)
这是衡量ADC分辨率的一个指标,它将SNR转换为等效的位数。ENOB越高,表示ADC的分辨率越高。
ENOB = (SINAD(dB) - 1.76dB )/ 6.02
可以知SINAD肯定是小于SNR的,所以EN0B也是小于理想ADC的位数N的。
5 无杂散动态范围(Spurious-Free Dynamic Range, SFDR)
这是衡量ADC在没有杂散信号干扰的情况下能够处理的动态范围。SFDR越高,表示ADC在处理纯净信号时的性能越好。SFDR定义为信号的功率与频域中除了信号和其谐波之外的下一个最大杂散信号的功率之间的动态范围。
SFDR的限制因素可能包括ADC架构中的非线性,例如采样/保持电路(S/H)的非线性和ADC编码器部分的非线性。此外,前端系统的元件,如巴伦或变压器及有源放大器,也可能影响SFDR,因为它们可能会引入额外的失真和杂散。
6 TI的模拟计算工具评估ADC的交流参数
用20Msps、16位、LSB为38.14uV的ADC采样一个20k的信号,时域波形如下图所示。
图:输入的时域波形
输出的交流参数如下,
图:频域的交流参数
输入码值范围为17887 ~ 47670
计算问题
SNR (dB) = MaxRMSSignal / RMSNoise =20log [((47670 - 17887)/ √2 ) / (1/ √ 12 )]= 97dB
这个计算与上面图表中的输出84.5dB差异较大,不知道是哪里的原因?希望看到这个问题的大神解答,或者问问TI。
图中可以看出谐波噪声很小,所以SINAD与SNR基本一样。
ENOB = (SINAD(dB) - 1.76dB )/ 6.02 =( 84.5 - 1.76 ) / 6.02 = 13.75
图中ENOB为14.89bit,ENOB与SINAD的关系也对应不上。
7 WaveVision评估ADC的交流参数
同样一份ADC数据,在WaveVision上的结果也不一样。
图:输入的时域波形
图:频域的交流参数
ADC数据: