九種經(jīng)常被忽視的ADC規(guī)格

模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）有許多規(guī)格;對(duì)于給定的應(yīng)用程序，有些比其他應(yīng)用程序更重要。了解這些規(guī)格并控制影響ADC的外部器件將帶來(lái)更好的性能。

由于有如此多的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），總是很難知道哪種轉(zhuǎn)換器適合給定的應(yīng)用。數(shù)據(jù)手冊(cè)經(jīng)常使問(wèn)題混淆，許多規(guī)格以意想不到的方式影響性能。

在選擇轉(zhuǎn)換器時(shí)，工程師通常只考慮分辨率、信噪比（SNR）或諧波。雖然這些很重要，但其他規(guī)格可能同樣重要。

分辨率

分辨率，也許是最容易被誤解的規(guī)范是指輸出位數(shù)，但沒(méi)有提供有關(guān)性能的有用信息。一些數(shù)據(jù)手冊(cè)列出了有效位數(shù)（ENOB），它使用實(shí)際SNR測(cè)量來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)換器的有效性。轉(zhuǎn)換器性能的一個(gè)更有用的指標(biāo)是以dBm/Hz或nV/√Hz為單位的噪聲頻譜密度（NSD）。NSD可以通過(guò)了解采樣速率、輸入范圍、SNR和輸入阻抗（dBm/Hz）來(lái)計(jì)算。一旦知道這些，就可以選擇一個(gè)轉(zhuǎn)換器來(lái)匹配前端電路的模擬性能。這是選擇ADC的更好方法，而不是簡(jiǎn)單地說(shuō)明分辨率。

許多用戶還擔(dān)心雜散和諧波性能。這些與分辨率無(wú)關(guān)，但轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)人員通常會(huì)調(diào)整其設(shè)計(jì)，使諧波與分辨率一致。

電源抑制

電源抑制（PSR）測(cè)量電源紋波如何耦合到ADC輸入以出現(xiàn)在其數(shù)字輸出上。在PSR有限的情況下，電源線上的噪聲將僅抑制在輸入電平以下30 dB至50 dB。

通常，電源上的無(wú)用信號(hào)相對(duì)于轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。例如，如果電源上的噪聲為20 mV rms，轉(zhuǎn)換器輸入范圍為0.7 V rms，則輸入端的噪聲為–31 dBFS。如果轉(zhuǎn)換器的PSR為30 dB，相干噪聲將在輸出中顯示為–61 dBFS譜線。PSR對(duì)于確定電源需要多少濾波和去耦非常重要。PSR在高噪聲環(huán)境中非常重要，例如醫(yī)療或工業(yè)應(yīng)用，或者DC-DC轉(zhuǎn)換器可用于實(shí)現(xiàn)高功率效率。

共模抑制

共模抑制（CMR）在存在共模信號(hào)的情況下測(cè)量感應(yīng)差模信號(hào)。許多ADC采用差分輸入來(lái)提供對(duì)共模信號(hào)的高抗擾度，并且差分輸入結(jié)構(gòu)自然會(huì)抑制偶數(shù)階失真產(chǎn)物。

與PSR一樣，共模信號(hào)可能由電源紋波、接地層感應(yīng)的高功率信號(hào)、通過(guò)混頻器和RF濾波器的RF泄漏以及存在高電場(chǎng)和磁場(chǎng)的應(yīng)用引起。雖然許多轉(zhuǎn)換器沒(méi)有指定CMR，但它們的CMR通常為50 dB至80 dB。

時(shí)鐘壓擺率

時(shí)鐘壓擺率是實(shí)現(xiàn)額定性能所需的最小壓擺率。大多數(shù)轉(zhuǎn)換器在時(shí)鐘緩沖器上具有足夠的增益，以確保采樣時(shí)刻得到很好的定義，但如果壓擺率足夠慢，導(dǎo)致采樣矩的高度不確定性，則會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的噪聲。如果指定了最小輸入壓擺率，則用戶應(yīng)滿足該要求，以確保額定噪聲性能。

孔徑抖動(dòng)

孔徑抖動(dòng)是ADC不確定的內(nèi)部時(shí)鐘。ADC的噪聲性能受內(nèi)部和外部時(shí)鐘抖動(dòng)的限制。

在典型的數(shù)據(jù)手冊(cè)中，孔徑抖動(dòng)僅適用于轉(zhuǎn)換器。外部孔徑抖動(dòng)與內(nèi)部孔徑抖動(dòng)以均方根方式求和。對(duì)于低頻應(yīng)用，抖動(dòng)可能并不重要，但隨著模擬頻率的增加，抖動(dòng)引起的噪聲變得越來(lái)越受到關(guān)注。未能使用足夠的時(shí)鐘將導(dǎo)致性能低于預(yù)期。

除了時(shí)鐘抖動(dòng)引起的噪聲增加外，時(shí)鐘信號(hào)中與時(shí)鐘不諧波相關(guān)的譜線在數(shù)字化輸出上也會(huì)顯示為失真。因此，時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)具有盡可能高的頻譜純度。有關(guān)孔徑抖動(dòng)影響的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)ADI公司應(yīng)用筆記AN-501和AN-756。

光圈延遲

孔徑延遲是應(yīng)用采樣信號(hào)與輸入信號(hào)實(shí)際采樣之間的時(shí)間延遲。這個(gè)時(shí)間（通常為納秒或更短）可能是正數(shù)、負(fù)數(shù)甚至零。除非知道確切的采樣時(shí)刻很重要，否則孔徑延遲并不重要。

轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換延遲

轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換延遲是兩個(gè)密切相關(guān)的規(guī)范。轉(zhuǎn)換時(shí)間通常適用于逐次逼近轉(zhuǎn)換器（SAR），其中使用高時(shí)鐘速率來(lái)處理輸入信號(hào)，輸入信號(hào)出現(xiàn)在輸出上的時(shí)間比轉(zhuǎn)換命令晚得多，但在下一個(gè)轉(zhuǎn)換命令之前。轉(zhuǎn)換命令和轉(zhuǎn)換完成之間的時(shí)間是轉(zhuǎn)換時(shí)間。

轉(zhuǎn)換延遲通常應(yīng)用于流水線轉(zhuǎn)換器。用于產(chǎn)生數(shù)字輸出的流水線（內(nèi)部數(shù)字級(jí)）數(shù)量的度量，通常以流水線延遲表示。實(shí)際轉(zhuǎn)換時(shí)間可以通過(guò)將此數(shù)字乘以應(yīng)用中使用的采樣周期來(lái)計(jì)算。

起床時(shí)間

為了在注重功耗的應(yīng)用中節(jié)省功耗，該器件通常在相對(duì)廢棄期間關(guān)斷。雖然這確實(shí)可以節(jié)省大量功耗，但內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源穩(wěn)定和在器件重新打開(kāi)時(shí)恢復(fù)內(nèi)部時(shí)鐘功能所需的時(shí)間有限。在此期間，生成的轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)將不符合規(guī)范。

輸出加載

與所有數(shù)字輸出器件一樣，ADC（尤其是CMOS輸出器件）規(guī)定了輸出驅(qū)動(dòng)能力。雖然出于可靠性原因了解這一點(diǎn)很重要，但最佳性能通常會(huì)在低于全驅(qū)動(dòng)能力的情況下發(fā)生。

在高性能應(yīng)用中，重要的是最小化輸出負(fù)載，并提供適當(dāng)?shù)娜ヱ詈蛢?yōu)化布局，以最小化電源上的壓降。為了避免這些問(wèn)題，許多轉(zhuǎn)換器提供LVDS輸出。由于LVDS是對(duì)稱的，因此開(kāi)關(guān)電流減小，整體性能得到改善。如果可用，應(yīng)使用LVDS輸出以確保最佳性能。

Monotonicity

非單調(diào)轉(zhuǎn)換器是指數(shù)字代碼在斜率符號(hào)中表現(xiàn)出局部變化的轉(zhuǎn)換器。因此，對(duì)于不斷增加的模擬輸入，數(shù)字輸出表現(xiàn)出從正到負(fù)再回到正的局部斜率變化。對(duì)于交流性能很重要的應(yīng)用，非單調(diào)行為可能不會(huì)引起問(wèn)題。但是，對(duì)于ADC是閉環(huán)一部分的應(yīng)用，這種行為通常會(huì)導(dǎo)致環(huán)路不穩(wěn)定和性能不佳。對(duì)于此類應(yīng)用，應(yīng)仔細(xì)選擇轉(zhuǎn)換器，以確保其具有單調(diào)性能。

未指定的條件

一個(gè)至關(guān)重要的未指定項(xiàng)目是PCB布局.雖然可以指定的內(nèi)容很少，但它會(huì)顯著影響轉(zhuǎn)換器性能。例如，如果應(yīng)用未能包含足夠的去耦電容，則會(huì)出現(xiàn)過(guò)多的電源噪聲。由于PSR有限，電源上的噪聲會(huì)耦合到模擬輸入中，并破壞數(shù)字輸出頻譜，如圖1所示。

圖1.帶上限的性能（左）和帶有限上限的性能（右）

審核編輯：郭婷