理解ADC誤差對系統(tǒng)性能的影響（二）

有很多原因促使制造商沒有給出最大界限。其中之一便是成本的增加。漂移測試需要特殊的平臺，并且還要在測試流程中增加額外的工序（這將導(dǎo)致額外的制造成本），以確保所有器件不超出最大漂移界限。

增益漂移的問題更多，尤其是對于那些采用內(nèi)部基準(zhǔn)的器件。這時(shí)候，基準(zhǔn)的漂移可以一并包含于增益漂移參數(shù)中。當(dāng)采用外部基準(zhǔn)時(shí)，IC的增益漂移一般比較小，比如0.8ppm/°C。這樣，±10°C的溫度變化將會造成±8ppm的漂移。舉例來講，12位性能等價(jià)于244ppm （1/4096 = 0.0244% = 244ppm）。因此，±8ppm的漂移所造成的誤差遠(yuǎn)低于12位系統(tǒng)中的一個(gè)LSB。

交流特性

有些ADC只在輸入信號接近于直流時(shí)能很好地工作。另外一些則能很好地處理從直流到Nyquist特頻率的信號。僅有DNL和INL符合系統(tǒng)要求并不能說明轉(zhuǎn)換器能夠同樣合格地處理交流信號。DNL和INL是在直流測試的。要掌握其交流性能就必須了解交流指標(biāo)。在產(chǎn)品規(guī)格書中有電氣參數(shù)表和典型工作特性，從中你可以找到有關(guān)交流性能的線索。需要考察的關(guān)鍵指標(biāo)有信號–噪聲比（SNR），信號–噪聲加失真比（SINAD），總諧波失真（THD），以及無雜散動態(tài)范圍（SFDR）。首先我們來看一看SINAD或SNR。SINAD定義為輸入正弦波信號的RMS值與轉(zhuǎn)換器噪聲的RMS值（從直流到Nyquist特頻率，包括諧波［總諧波波失真］成分）。諧波發(fā)生于輸入頻率的倍數(shù)位（圖9）。SNR類似于SINAD，只是它不包含諧波成分。因此，SNR總是好于SINAD。SINAD和SNR一般以dB為單位。

其中N是轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。對于理想的12位轉(zhuǎn)換器，SINAD為74dB。這個(gè)方程可重寫為N的表達(dá)式，新的表達(dá)式揭示了能夠獲得的信息的位數(shù)與RMS噪聲的函數(shù)關(guān)系：

這個(gè)方程就是等效位數(shù)的定義，即ENOB。

圖9. FFT圖顯示出ADC的交流性能

值得注意的是SINAD和輸入頻率有關(guān)。隨著頻率向Nyquist上限逼近，SINAD逐漸下降。如果規(guī)格書中的指標(biāo)是在相對于Nyquist頻率較低的頻率下測得，在接近Nyquist頻率時(shí)性能有可能變得很差。在規(guī)格書中的典型工作特性中可以找到ENOB曲線，可以觀察到隨著頻率的增加ENOB下降，主要是由于隨著輸入頻率的增加THD逐漸變差。例如，如果在感興趣的頻率SINAD的最小值為68dB，那么你可獲得的ENOB值為11。也就是說，由于轉(zhuǎn)換器的噪聲和失真，你丟失了1位信息。這也意味著你的12位轉(zhuǎn)換器最多只能達(dá)到0.05%的精度。記住INL是一項(xiàng)直流指標(biāo)；ENOB是一項(xiàng)有關(guān)轉(zhuǎn)換器對于交流信號的非線性性能指標(biāo)。

SNR是不考慮失真成分的信號–噪聲比。SNR反映了轉(zhuǎn)換器的噪聲背景。隨著輸入頻率的增加SNR可能會急劇下降，這說明該轉(zhuǎn)換器不是為該頻率的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。改善SNR的一個(gè)辦法是過采樣，這種方法提供了一定的處理增益。過采樣以遠(yuǎn)高于信號頻率的速度進(jìn)行采樣，以此來降低轉(zhuǎn)換器的噪聲背景。這種方法將噪聲譜擴(kuò)展到更寬的頻域內(nèi)，這樣就有效降低了一定頻段內(nèi)的噪聲。兩倍率的過采樣可將噪聲背景降低3dB。

SFDR定義為FFT圖中，頻域內(nèi)輸入正弦波的RMS值與最高的雜散信號的RMS值之比，一般以dB為單位。對于某些要求ADC動態(tài)范圍盡可能大的通信應(yīng)用，SFDR尤為重要。雜散信號妨礙了ADC對于小輸入信號的轉(zhuǎn)換，因?yàn)槭д嫘盘柨赡軙扔杏眯盘柎蠛芏?。這就限制了ADC的動態(tài)范圍。頻域內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)大的雜散信號可能對SNR不會有明顯影響，但會顯著影響SFDR。

小結(jié)