ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器的簡介及參數(shù)詳解

ADC全稱是Analog-to-Digital Converter模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一般我們把模擬信號(Analog signal) 用A來進行簡寫，數(shù)字信號(digital signal) 用D來表示。是用于將模擬形式的連續(xù)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的離散信號的一類設備。今天我們主要說ADC的參數(shù)，我們把他們分成基本參數(shù)，靜態(tài)參數(shù)，動態(tài)參數(shù)三大類來進行講解。

一、首先是ADC的基本參數(shù)，ADC的基本參數(shù)主要包括五個指標，分別是1、分辨率，2、采樣速率，3、轉(zhuǎn)換時間，4、量程，5、最低有效位（LBS）這五種，也是選型最優(yōu)先考慮的幾點。

1、分辨率ADC是用于將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號的設備，而ADC的分辨率決定了儲存多少數(shù)字信號。例如一個8位的ADC能儲存的數(shù)字信號的種類是2的8次方即256種，位數(shù)越高A/D轉(zhuǎn)化的精度越高。

2、采樣速率采樣速率是兩次采樣（兩次轉(zhuǎn)換）的間隔時間的倒數(shù)，為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，一般采樣速率必須小于等于轉(zhuǎn)換速率，即采樣時間大于等于轉(zhuǎn)換時間。

3、轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間的導數(shù)是轉(zhuǎn)換速率，轉(zhuǎn)換速率是指A/D轉(zhuǎn)換一次所需要時間的倒數(shù)，即單位時間內(nèi)完成A/D轉(zhuǎn)換的次數(shù).因為將一個模擬信號值轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字量不能瞬間完成，這個過程需要一定的時間。

4、量程AD轉(zhuǎn)換器是一個電子器件，所以他只能輸入電壓信號。AD輸入端的模擬電壓有一個范圍，指的是允許輸入的模擬信號范圍，就是ADC的量程。

5、最低有效位（LBS）LBS又稱為最小分辨率，他的計算方式就是LSB=FSN/2^n，其中FSR是與基準電壓（VREF）成比例的ADC的滿量程輸入范圍（V），N是ADC的位數(shù)，2^n等于ADC代碼的總數(shù)。

二、ADC的靜態(tài)參數(shù)主要有兩個，微分非線性（DNL）和積分非線性（INL），這兩個參數(shù)描述了ADC非線性的原因。

1、微分非線性（DNL）DNL，即微分非線性，他表征的是我們ADC的實際刻度與理想刻度之間的差值。理論上我們用數(shù)字量的臺階去給模擬電壓值進行編碼的時候，臺階的寬度應該都是一樣的，也就是說當ADC輸入和輸出是呈線性關系的時候，每次模擬輸入按照最小分辨率LSB進行步進的時候，數(shù)字輸出就增加1，也就是0000變成0001的一個過程。但是由于DNL，導致可能當數(shù)字輸出由1000變成1001的時候，模擬值的變化卻不是按照LSB進行增長的，可能會多一點也可能少一點。

2、積分非線性（INL）INL，即積分非線性，他表征的是我們ADC的轉(zhuǎn)換值與真實值之間的差距。積分大多跟累計誤差有關，根據(jù)實際的模擬出一條曲線。INL是指ADC器件在所有的數(shù)值點上對應的模擬值和真實值之間誤差最大的那一點的誤差值，表示測量值的絕對誤差。

三、ADC的動態(tài)的參數(shù)有很多，這里主要說說幾個決定動態(tài)訊號的性能指標參數(shù)。

1、信納比（SINAD）信納比指的是信號+噪聲+諧波的功率與諧波+噪聲的功率比值。即輸出信號功率與其余所有非輸出信號功率之比。SINAD很好地反映了ADC的整體動態(tài)性能，因為它包括所有構成噪聲和失真的成分。計算公式：SINAD=(S+N+D)/(D+N)，

2、信噪比(SNR)ADC的信噪比（SNR）是指信號功率與噪聲功率之間的比值。這個比率用于衡量模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號過程中的噪聲水平。它直接影響了ADC轉(zhuǎn)換的精度和質(zhì)量。一個高SNR意味著更好的噪聲抑制能力，從而能夠提供更準確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。計算公式：

3、有效位數(shù)(ENOB)ENOB是包括了量化噪聲和失真項，有效分辨率用于衡量ADC在無量化噪聲的直流輸入條件下的噪聲。將計算所得的SINAD值替換SNR，并求解N，計算公式如下圖所示?？吹贸鰜砭褪荢NR公式的變換。

4、總諧波失真(THD)輸入信號與系統(tǒng)所有諧波的總功率比。指輸出信號比輸入信號多出的諧波成分。諧波失真是系統(tǒng)不完全線性造成的。所有附加諧波電平之和稱為總諧波失真。計算公式如下圖。

5、無雜散動態(tài)范圍(SFDR)無雜散動態(tài)范圍，反映了FFT分析頻譜中信號幅值與最大諧波的距離關系。所以SFDR值越大則說明系統(tǒng)的噪聲水平越低，ADC的動態(tài)性能越好。SFDR如下圖所示。