工程師必讀：ADC/DAC設(shè)計(jì)經(jīng)典問(wèn)答

　　本文章是關(guān)于ADC/DAC設(shè)計(jì)經(jīng)典問(wèn)答，涵蓋時(shí)鐘占空比、共模電壓、增益誤差、微分相位誤差、互調(diào)失真等常見(jiàn)問(wèn)題。

　　1. 什么是小信號(hào)帶寬（SSBW）？

　　小信號(hào)帶寬（Small Signal Bandwidth （SSBW））是指在指定的幅值輸入信號(hào)及特定的頻率下，它的輸出幅值比低頻時(shí)的輸出幅值下降指定值時(shí)，該特定頻率為小信號(hào)帶寬。

　　2. 什么是共模電壓（VCM）？

　　共模電壓（Common Mode Voltage （VCM ））是差動(dòng)輸入的兩個(gè)引腳上相同的直流輸入電壓。

　　3. 什么是MSB（最高有效位）？

　　MSB（最高有效位（Most Significant Bit）），是具有最大的值或權(quán)重的位。它的值是滿(mǎn)量程的一半。

　　4. 什么是采樣（孔徑）延時(shí)？

　　采樣（孔徑）延時(shí)（Sampling （Aperture） Delay）是時(shí)鐘輸入的后邊緣到采樣開(kāi)關(guān)打開(kāi)所需的時(shí)間。采樣/保持電路有效地停止輸入信號(hào)捕獲，并進(jìn)入“保持”模式，確定時(shí)鐘延時(shí)后的采樣。

　　5. 什么是滿(mǎn)量程（FS）輸入范圍？

　　滿(mǎn)量程輸入范圍（Full Scale Input Range），是指模數(shù)轉(zhuǎn)換器上數(shù)字化的輸入電壓的輸入范圍，既不低于這個(gè)范圍也不超過(guò)這個(gè)范圍。比如 V REF + = 3.5V 和 VREF - = 1.5V， FS = （VREF + ）-（VREF - ） =2.0V。

　　6. 什么是時(shí)鐘占空比？

　　時(shí)鐘占空比（Clock Duty Cycle）是時(shí)鐘波形高電平時(shí)間和一個(gè)時(shí)鐘周期總時(shí)間的比值。

　　7. 什么是位的有效數(shù)（ENOB ，或有效位）？

　　位的有效數(shù)（ENOB ，或有效位）（Effective Number of Bits （ENOB， 或Effective Bits））是信噪比和失真的比率，或SINAD的另一種表達(dá)方法。 ENOB定義為（SINAD -1.76）/ 6.02，這個(gè)位數(shù)（ENOB）表示轉(zhuǎn)換器是與理想的模數(shù)轉(zhuǎn)換器等效。

　　8. 什么是增益誤差？

　　增益誤差是在第一個(gè)代碼和最后一個(gè)代碼發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)，實(shí)際輸人電壓與理想輸人電壓之差。即，這個(gè)差值是：滿(mǎn)量程 - 2 LSB。

　　9. 許多模數(shù)轉(zhuǎn)換器在數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供的應(yīng)用，在Va， Vd 和Vref引腳上出現(xiàn)了三個(gè)電容。這三個(gè)電容器都是必須的嗎？

　　根據(jù)特定器件和電路板的布局，一個(gè)或兩個(gè)電容可能就足夠了。較大的電容，通常是5到10？F的，提供了低阻抗大容量存儲(chǔ)，在轉(zhuǎn)換期間保證了電壓的穩(wěn)定性。較小值的電容器吸收較高頻率的噪音尖峰。如果印制電路板具有非常好的布局用于低噪聲工作，而且不包含一個(gè)微控制器或其他的嘈雜的數(shù)字邏輯，可能需要更少的電容器。但是為使ADC工作電平精度獲得保證，一般情況下最好是遵循數(shù)據(jù)手冊(cè)的推薦。

　　10. 什么是零誤差？

　　ADC雙級(jí)輸出的零誤差是理論的輸入電壓（典型的是中心值加1/2LSB）和實(shí)際輸入電壓之間的差異，這個(gè)實(shí)際輸入電壓引起了輸出從0到1的轉(zhuǎn)換。

　　11. 什么是輸出保持時(shí)間？

　　輸出保持時(shí)間是指在輸入時(shí)鐘邊緣后輸出有效數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)度。

　　12. 什么是分辨率？

　　分辨率是模擬增量，相當(dāng)于1 LSB轉(zhuǎn)換器代碼的變化。分辨率也被定義為轉(zhuǎn)換器位數(shù)（n）的個(gè)數(shù)。數(shù)字代碼的個(gè)數(shù)等于2^n，其中“n”是位的個(gè)數(shù)。舉一個(gè)例子，一個(gè)12位轉(zhuǎn)換器模擬信號(hào)和2 ^ 12 = 4096數(shù)字編碼的映射關(guān)系。12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率，是輸入電壓的滿(mǎn)量程除以2^12，或4096，不會(huì)引起輸出代碼超出范圍。

　　13. 什么是微分相位誤差？

　　微分相位誤差（Differential Phase Error）是指，小信號(hào)正弦波在兩個(gè)不同的直流（DC）輸入電平重構(gòu)下，輸出相位的差。

　　14. 什么是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)？

　　模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（DynamicSpecifications）涉及到那些交流（AC）輸入信號(hào)。這些包括信/噪比（SNR），SINAD（信號(hào)噪聲+失真），ENOB（有效位數(shù)），THD（總諧波失真），IMD（互調(diào)失真），F(xiàn)PBW（全功率帶寬），SSBW（小信號(hào)帶寬）。

　　15. 什么是互調(diào)失真（IMD）？

　　互調(diào)失真（Intermodulation Distortion），是指沒(méi)有出現(xiàn)在輸入端，作為兩個(gè)正弦曲線(xiàn)的頻率同時(shí)作用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入，而形成的額外的頻譜成分。它被定義為在互調(diào)積中的能量和原始頻率中的總能量比值?；フ{(diào)失真（IMD）通常用分貝（dB）來(lái)表示。

　　16. 什么是增益溫度系數(shù)（滿(mǎn)量程溫度系數(shù)）？

　　增益溫度系數(shù)（滿(mǎn)量程溫度系數(shù)）是指增益誤差變化量和溫度變化量的比值。通常用每百萬(wàn)分之/ 攝氏度（ppm/°C）表示。

　　17. 什么是總諧波失真（THD）？

　　總諧波失真（THD），用dB或dBc表示，是指總的諧波電平（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體模數(shù)轉(zhuǎn)換器是9個(gè)諧波段）和輸入信號(hào)的倍頻出現(xiàn)在輸出的電平。總諧波失真（THD）計(jì)算方法如下： THD=“sqrt”［ （ f2xf2 + f3xf3 +f4xf4 + f5xf5 + f6xf6 + f7xf7 + f8xf8 + f9xf9 + f10xf10） / （f1xf1） ］ f1是輸入信號(hào)的基頻，f2 到f10這9個(gè)諧波頻率是基頻的倍頻。

　　18. 什么是零刻度偏移誤差？

　　單極輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換器的零刻度偏移誤差是指理想的輸入電壓（1/2 LSB） 和實(shí)際輸入電壓之間的差，引起輸出代碼由0到輸出代碼1的轉(zhuǎn)換。

　　19. 什么是全功率帶寬（FPBW）？

　　全功率帶寬（FPBW）是指滿(mǎn)量程輸入在重構(gòu)的輸出基頻下降到3分貝時(shí)低于其低頻值的頻率。

　　20. 什么LSB（最低有效位）？

　　LSB（最低有效位），是指所有位中最小的值或權(quán)值。這個(gè)值是m*VREF/2 n，其中：“ m ”為主，是基準(zhǔn)量程因子（這是最常見(jiàn)的單位），其中“n”是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率。

　　21. 怎樣才能消除模數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘線(xiàn)和控制線(xiàn)上的超調(diào)量和/或欠調(diào)量？

　　超調(diào)量和/或欠調(diào)量，是由高速信號(hào)邊緣和不匹配信號(hào)終端混合引起的。增加一個(gè)47至100Ω電阻串聯(lián)到輸入，電阻要盡可能的靠近時(shí)鐘源。目的是為了和時(shí)鐘線(xiàn)上的信號(hào)阻抗匹配，輸電線(xiàn)路也應(yīng)該這樣考慮。串聯(lián)的終端用一個(gè)小的附加電源，為減少擺動(dòng)效應(yīng)通常是足夠了。

　　22. 什么是輸出延時(shí)？

　　輸出延時(shí)是指輸入時(shí)鐘的后邊緣到數(shù)據(jù)更新出現(xiàn)在輸出引腳的延遲時(shí)間。

　　23. 什么是孔徑抖動(dòng)？

　　孔徑抖動(dòng)是指采樣值間孔徑延時(shí)的變化?？讖蕉秳?dòng)作為輸入噪聲出現(xiàn)。

　　24. 什么是信號(hào)噪聲及失真比（S/（N+D） 或 SINAD） ？

　　信號(hào)噪聲及失真比（S/（N+D） 或 SINAD），用分貝表示（dB），出現(xiàn)在輸出的輸入信號(hào)的有效值和所有其他光譜成分的有效值的比值，頻譜成分包括低于時(shí)鐘頻率一半頻譜的諧波，但不包括直流。

　　25. 什么是滿(mǎn)量程階躍響應(yīng)？

　　滿(mǎn)量程階躍響應(yīng)，定義為VIN從VREF-變化到VREF+，或從VREF+變化到 VREF-，為轉(zhuǎn)換器設(shè)定足夠的恢復(fù)，并滿(mǎn)足其額定精度的轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。

　　26. 什么是通道延時(shí)（潛伏期）？

　　通道延時(shí)（潛伏期），是指轉(zhuǎn)換啟動(dòng)到轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)時(shí)之間的時(shí)鐘周期的數(shù)量。數(shù)據(jù)對(duì)于任何給定的采樣是可利用通道延時(shí)加上輸出延遲后進(jìn)行采樣。每隔一個(gè)時(shí)鐘周期，可得到新的數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)落后于通道延時(shí)加上輸出延時(shí)。

　　27. 什么是模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)指標(biāo)？

　　靜態(tài)指標(biāo)是關(guān)于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的直流（DC ）信號(hào)輸入的指標(biāo)。這些包括增益誤差，偏移誤差，以及微分與積分線(xiàn)性誤差。

　　28. 什么是總不可調(diào)整誤差（TUE）？

　　總不可調(diào)整誤差（Total Unadjusted Error（TUE）），是指理想的情況下數(shù)字代碼的中心和輸入電壓范圍相關(guān)的電壓的最大偏差?？偽凑{(diào)整誤差包括偏移誤差，增益誤差，以及微分與積分非線(xiàn)性誤差。

　　29. 什么是滿(mǎn)量程誤差？

　　滿(mǎn)量程誤差，是最后代碼的轉(zhuǎn)換離理想的1個(gè) 1/2 LSB 以下VREF +到多大范圍的測(cè)量，并定義為：VFSE =Vmax + 1.5 LSB- VREF + ，其中Vmax是轉(zhuǎn)換為最大代碼時(shí)的電壓，可以用伏特表示，最低有效位或滿(mǎn)量程范圍的百分?jǐn)?shù)。

　　30. 什么是轉(zhuǎn)換時(shí)間？

　　轉(zhuǎn)換時(shí)間是指模數(shù)轉(zhuǎn)換器完全一個(gè)轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間不包括采樣時(shí)間，多路復(fù)用器設(shè)置時(shí)間，或完成一個(gè)轉(zhuǎn)換周期的其他部分，轉(zhuǎn)換時(shí)間可能少于吞吐量時(shí)間。

　　31. 什么是電源抑制比（PSRR） ？

　　電源抑制比（Power Supply Rejection Ratio），可分為兩種規(guī)格。直流電源抑制比（DC PSRR ）是特定參數(shù)的變化量（例如，滿(mǎn)量程誤差）和一個(gè)電源電壓指定變化量的比值。交流電源抑制比（AC PSRR）是衡量一個(gè)電源上疊加的特定頻率和振幅的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)在輸出上的輸出振幅，和它在電源引腳上的振幅的比值。電源抑制比（PSRR）通常用分貝表示。

　　32. 什么是遺漏碼？

　　遺漏碼，是那些輸出碼被忽略的，或?qū)⒂肋h(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的。這些碼不能通過(guò)任何輸入值。

　　33. 什么是吞吐量率？

　　吞吐率是模數(shù)轉(zhuǎn)換器最高的連續(xù)轉(zhuǎn)換率。

　　34. 什么是信噪比（SNR）？

　　信噪比（SNR）是一個(gè)比率，用分貝（dB）表示，出現(xiàn)在輸出的輸入信號(hào)的有效值和所有其他頻譜成分（低于采樣頻率的一半，除諧波分量和直流分量外）總和的有效值的比率。信噪比 （SNR）是信號(hào)電平的有效值與各種噪聲（包括量化噪聲、熱噪聲、白噪聲等）有效值之比的分貝數(shù)。其中信號(hào)是指基波分量的有效值，噪聲指奈奎斯特頻率以下的全部非基波分量的有效值（除諧波分量和直流分量外）。

　　35. 什么是吞吐時(shí)間？

　　吞吐時(shí)間是指轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所花的時(shí)間。吞吐時(shí)間包括任何多路復(fù)用器的建立時(shí)間，采樣時(shí)間，轉(zhuǎn)換時(shí)間，輸出顯示時(shí)間。

　　36. 什么是直流共模誤差？

　　直流共模誤差（DC Common-Mode Error）是用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的差分輸入的一個(gè)規(guī)格。當(dāng)兩個(gè)輸入上的模擬電壓被改變相同的值時(shí)，發(fā)生輸出代碼的變化量。它通常用LSBs表示。

　　37. 什么是偏置誤差？

　　ADC的偏置誤差定義為使最低位被置成“1”狀態(tài)時(shí)ADC的輸人電壓，與理論上使最低位被置成“1”狀態(tài)時(shí)的輸人電壓之差。

　　38. 印制電路板的電源地是否應(yīng)作為數(shù)字和模擬的共同地？

　　是的，他們應(yīng)該是一樣的。但是重要的是，要慎重給所有電源和信號(hào)布線(xiàn)以使地電流與電源和信號(hào)分開(kāi)