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代码跃迁噪声(折合到输入端噪声)及其对ADC传递函数的影响
由于电阻噪声和“kT/C”噪声,所有ADC内部电路都会产生一定量的均方根(RMS)噪声。即使是直流输入信号,此噪声也存在,它是代码跃迁噪声存在的原因。如今通常把代码跃迁噪声称为“折合到输入端噪声”,而不是直接使用“代码跃迁噪声”这一说法。折合到输入端噪声通常用ADC输入为直流值时的若干输出样本的直方图来表征。大多数高速或高分辨率ADC的输出为一系列以直流输入标称值为中心的代码。为了测量其值,ADC的输入端接地或连接到一个深度去耦的电压源,然后采集大量输出样本并将其表示为直方图(有时也称为“接地输入”直方图)。由于噪声大致呈高斯分布,因此可以计算直方图的标准差σ,它对应于有效输入均方根噪声。参考文献1详细说明了如何根据直方图数据计算σ值。该均方根噪声虽然可以表示为以ADC满量程输入范围为基准的均方根电压,但惯例是用LSB rms来表示
折合到输入端噪声对ADC“接地输入端”直方图的影响(ADC具有少量DNL)
虽然ADC固有的微分非线性(DNL)可能会导致其噪声分布与理想的高斯分布有细微的偏差显示了部分DNL),但它至少大致呈高斯分布。如果DNL比较大,则应计算多个不同直流输入电压的值,然后求平均值。例如,如果代码分布具有较大且特的峰值和谷值,则表明ADC设计不佳,或者更有可能的是PCB布局布线错误、接地不良、电源去耦不当。当直流输入扫过ADC输入电压范围时,如果分布宽度急剧变化,这也表明存在问题。
基本原理:
A/D转换器作为联系模拟领域到数字领域的纽带是十分重要的器件,己发展成多种系列,每一种均有其适用范围。总之A/D转换器是用途很广,发展十分迅速的器件,它在工业、*、通讯、高科技等领域起着重要的作用。传统方式的ADC,例如逐次通近型、积分型、压频变换型等,主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。在全并行基础上发展起来的分级型和流水线型人D(主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。此外,采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC,可应用于广播卫星中的基带解调等方面。这些高速ADC 今后的发展方向是在现有高速基础上尽可能提高其分辨率,以满足兼顾高速、高精度的发展方向。20世纪90年代以来获得很大发展的∑-△型ADC利用高抽样率和数字信号处理技术,将抽样,量化、数字信号处理融为了一体,从而获得了高精度的ADC,目前可达24位,主要应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地簇勘探仪器、声纳等电子测量领域。
目前的高速ADC主要采用了以下两种结构形式。一种是全并行结构,也叫Flash结构。这种结构的ADC至少有2"-1个比较器,例如,一个八位ADC就至少有255个比较器。当ADC分辨率增加时,不仅电路体积庞大,而且功耗猛增,也易出现“火花码’,,因而一般用于分辨率较低的ADC,如六位、八位ADC.另一 种 结 构形式称为分区式结构或折叠式结构,如两步法、多步法。其电路结构主要包含了S/H(或T/H)放大器、Flash A/D转换器、时标电路及数字误差校正电路等。分区式结构ADC克服了纯Flash结构ADC随着分辨率增加,电路体积庞大、功耗猛增的缺点但又带来另一个问题,即差分放大器和其中与*二次转换处理输入电压有关的电路引入的误差,这些误差将**过转换器允许的误差,因此必须引入数字误差校正。
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