SAR ADC輸入類型間的性能比較-II

　　我們繼續(xù)講解與逐次逼近寄存器 (SAR) 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (ADC) 輸入類型有關(guān)的內(nèi)容。在之前的部分中，我研究了輸入注意事項(xiàng)和SAR ADC之間的性能比較。在這篇帖子中，我們將看一看造成SAR ADC內(nèi)總諧波失真 (THD) 的源頭，以及他在不同的輸入類型間有什么不一樣的地方。

　　THD影響

　　讓我們首先看看諧波失真是如何被引入的。本質(zhì)上來說，轉(zhuǎn)換器是一個(gè)非線性系統(tǒng)。如果系統(tǒng)完全線性，輸入“x”將在輸出上以線性的形式表現(xiàn)為“mx+c”。然而，由于采樣和轉(zhuǎn)換電容器的非線性運(yùn)行方式，以及量化，當(dāng)一個(gè)信號(hào)“x”流經(jīng)非線性系統(tǒng)時(shí)，ADC在其輸出上引入DC和高階誤差項(xiàng)(x2，x3等)。

　　當(dāng)你查看頻域內(nèi)的輸出時(shí)，每個(gè)高階誤差項(xiàng)(x2，x3等)會(huì)導(dǎo)致尖峰脈沖。這些尖峰脈沖是信號(hào)頻率的整數(shù)倍，并被成為諧波。

　　可以通過基本三角函數(shù)來非常直觀的理解這一點(diǎn)。輸入信號(hào)的傅里葉展開由正弦和余弦項(xiàng) (sin (2πƒt), cos (2πƒt)) 的求和組成。當(dāng)這樣一個(gè)信號(hào)流經(jīng)非線性ADC時(shí)，除了基頻，輸出將由DC分量 (a0) 和其他高階誤差項(xiàng)(x2, x3→ sin2(2πƒt), cos2(2πƒt), sin3(2πƒt), cos3(2πƒt) 等)組成。讓我們來看一看針對(duì)幾個(gè)高階項(xiàng)的三角函數(shù)展開式。

　　如表1中所示，每個(gè)高階項(xiàng)將導(dǎo)致輸出上的尖峰脈沖。而這些尖峰脈沖的頻率表現(xiàn)為基頻的整數(shù)倍。對(duì)于其他諸如x4, x5等的高階項(xiàng)也是如此。正是這些分量的冪引入了諧波失真。

　　一個(gè)ADC的THD代表輸出上生成的諧波分量(通常為前九個(gè))幅值與基波信號(hào)幅值間的關(guān)系。計(jì)算方法為：

　　通常情況下，差分輸入SAR比單端SAR具有更佳的THD。。。這是為什么呢?現(xiàn)在讓我們來看一看非線性ADC輸出上的信號(hào)的數(shù)學(xué)展開式，來了解其運(yùn)行方式。

　　在單端SAR中，由于非線性運(yùn)行方式，DC偏移 (a0) 和來自高階項(xiàng)(V2DIFF, V3DIFF等)的轉(zhuǎn)換誤差系數(shù)(a2，a3等)出現(xiàn)在輸出上。然而，如圖3所示，包括偶數(shù)幅值項(xiàng)(a2，a4等)在內(nèi)的所有誤差系數(shù)在求和節(jié)點(diǎn)上傳播。

　　在使用差分SAR時(shí)，偶數(shù)幅值項(xiàng)的符號(hào)變?yōu)檎?。借助良好的共模抑制，偶?shù)項(xiàng)對(duì)([a2, b2], [a4, b4],等)由于極性的變化在求和節(jié)點(diǎn)上互相抵消。如圖3中所示，輸出上的偶數(shù)項(xiàng)([c2= a2– b2]，等)或者不存在，或者被充分降低，從而導(dǎo)致更佳的THD。

　　為了獲得最佳性能，了解噪聲和AC性能之間的這些差異可以幫助用戶選擇具有正確輸入類型的SAR。這在為ADS886x系列或者為支持多個(gè)輸入類型的ADC，諸如ADS8363，ADS7263或ADS7223選擇輸入配置時(shí)特別有用。