ADC應(yīng)用工程師困惑：是ENOB還是有效分辨率？

您可能知道，有效位數(shù) (ENOB) 和有效分辨率都是與 ADC 分辨率有關(guān)的參數(shù)。理解它們的區(qū)別并確定哪個更具相關(guān)性，是令 ADC 用戶與應(yīng)用工程師等極為困惑的問題，經(jīng)常因此發(fā)生爭論。

您認為哪個更重要?

ADC 的分辨率位數(shù) (N) 可決定 ADC 的動態(tài)范圍 (DR)，其代表 ADC 可測量的輸入信號等級范圍，通常以 [dB] 為單位。DR 可定義為：

請注意，由于信號在給定時間視窗內(nèi)的 RMS 幅值取決于信號幅值在該時間視窗內(nèi)如何變化，因此 ADC 的 DR 變化取決于輸入信號特征。對于其滿量程范圍 (FSR) 內(nèi)的恒定 DC 輸入而言，理想的 N 位 ADC 可分別測量 FSR 和 FSR/2N 的最大及最小 RMS 幅值。因此，ADC 的 DR 為：

同理，對于幅值隨 ADC FSR 變化而變化的正弦波信號輸入而言，理想的 N 位 ADC 可測量 (FSR/2)/√2 的最大 RMS 幅值。正弦波輸入信號的最小可測量 RMS 幅值受量化誤差的限制，其近似于幅值為半個 LSB 或 FSR/2N+1 的鋸齒波。幅值 A 的鋸齒波 RMS 幅值為 A/√3。因此，正弦波輸入信號的理想 ADC 的 DR 是：

真正的 ADC 具有可降低 DR 的誤差。事實上，根據(jù)輸入信號特征的不同，在輸入信號接近其最小值時，ADC 輸出有不同類型的誤差占主導地位。

對于恒定 DC 輸入而言，ADC 的輸出誤差主要取決于所謂的“過渡”噪聲，其包含 ADC、ADC 驅(qū)動器以及電源等組件的固有寬帶散熱噪聲。如果 ADC 不存在較大的線性 (DNL) 問題，過渡噪聲可在 ADC 輸出端產(chǎn)生一個近似高斯代碼分布。

圖 1：恒定 DC 輸入的 ADC 輸出代碼直方圖

本直方圖的一個標準偏差 (σHISTO) 相當于過渡噪聲的 RMS 值。在 σHISTO > 1 LSB 時，ADC 的 DC DR 就會減小至：

將 (2) 和 (4) 組合起來，可重新計算出降低的分辨率或有效分辨率：

同理，對于時間變化的輸入而言，ADC 的輸出包含動態(tài)誤差(即量化噪聲與失真)以及可降低 DR 的過渡噪聲。改變后的 DR 通常被稱為 SINAD，重新計算的 ADC 分辨率被稱為 ENOB。因此：

總之，給定 ADC 可能具有不同的 DR 和分辨率，主要取決于輸入是 AC 還是 DC 信號。因此，ADC 分辨率有單獨的衡量指標，其對應(yīng)于不同的輸入條件，即 ENOB 對應(yīng)于 AC 輸入，有效分辨率對應(yīng)于 DC 輸入。確定哪種更適合自然取決于您的應(yīng)用。