模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能參數(shù)對硬件選型的重要性

模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能參數(shù)是判定器件性能優(yōu)劣的重要參考，因此了解性能參數(shù)對硬件選型來說是至關(guān)重要的。

量化誤差與分辨率

A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率習(xí)慣上以輸出二進(jìn)制的位數(shù)或BCD碼位數(shù)表示，即用4位二進(jìn)制數(shù)來表示1位十進(jìn)制數(shù)中的0~9這10個(gè)數(shù)碼。分辨率一般有8位、10位、12位、14位、16位、24位，根據(jù)公式數(shù)字上最小變化量

1LSB=Vref/2^n

Vref為ADC的參考電壓，分辨率越高那么可以分辨的電壓越精確。

量化誤差和分辨率是統(tǒng)一的。量化誤差是由于有線數(shù)字對模擬數(shù)字進(jìn)行離散取值（量化）而引起的誤差。

量化誤差是基本誤差，舉個(gè)例子，一個(gè)3bit的ADC，參考電壓1V，那么可以用000表示電壓0~0.125V的信號，但是0 ~0.125V內(nèi)的各個(gè)電平就無法區(qū)分，這就是數(shù)字化之后帶來的量化誤差。因此，量化誤差理論上為一個(gè)單位分辨率，即±1/2LSB。提高分辨率可減少量化誤差。

轉(zhuǎn)換精度

A/D轉(zhuǎn)換精度反映了一個(gè)實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器在量化值上與理想A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的差值，可表示成絕對誤差或相對誤差，與一般測試儀器的定義相似。

轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換速率與采樣時(shí)間

轉(zhuǎn)換時(shí)間被定義為A/D轉(zhuǎn)換器完成一次完整的測量所需要的時(shí)間，即從輸入端加入信號到輸出端出現(xiàn)相應(yīng)數(shù)碼的時(shí)間。

積分型AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級屬中速AD，全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級。通常，轉(zhuǎn)換速率是轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。

采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。故有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次。

電源抑制比

電源抑制比（PSRR）反映A/D轉(zhuǎn)換器對電源電壓變化的抑制能力，用改變電源電壓使數(shù)據(jù)發(fā)生±1LSB變化時(shí)所對應(yīng)的電源電壓變化范圍來表示。

信噪比

信噪比是信號功率和總噪聲功率（包括量化噪聲，熱噪聲，白噪聲等電路噪聲）之比。信噪比的功率噪聲是針對整個(gè)奈奎斯特采樣區(qū)間內(nèi)的噪聲，其在第二奈奎斯特區(qū)間內(nèi)略有下降，但是整體幾乎是恒定不變的。

只考慮量化噪聲的情況下SNR = 6.02N + 1.76dB，考慮奈奎斯特帶寬內(nèi)噪聲，但是在實(shí)際使用中信號有效帶寬往往小于fs/2，因此如果再后級采用數(shù)字濾波器濾去帶寬外噪聲，這樣可以提高信噪比，公式如下圖所示：

信噪比受到輸入信號頻率，采樣頻率，ADC 量化位數(shù)和輸入信號幅值的影響，與輸入信號的幅值成比例關(guān)系。提高 ADC 的采樣頻率，增加 ADC 的量化位數(shù)，可以有效提高信噪比。

信納比

通過計(jì)算輸入信號的均方根與在FFT分析中除直流分量外的所有噪聲和失真分量的平方和根值之間的比值來得到 SINAD。

SINAD 值是一個(gè)特別有用的性能指標(biāo)，因?yàn)樗薃/D 轉(zhuǎn)換器引入的所有噪聲、失真和諧波所產(chǎn)生的影響SINAD=(S+N+D)/(D+N)。

A/D轉(zhuǎn)換器選型一般原則

選擇A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)需要考慮如下問題：

（1）A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的系統(tǒng)、輸出數(shù)據(jù)的位數(shù)（分辨率）、系統(tǒng)要達(dá)到的精度和線性。

（2）輸入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號范圍、極性、信號的驅(qū)動能力。

（3）對轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字代碼及其邏輯電平的要求。是否需要帶輸出鎖存或三態(tài)門？是否通過計(jì)算機(jī)接口電路？是用外部時(shí)鐘、內(nèi)部時(shí)鐘還是不用時(shí)鐘？輸出代碼需要二進(jìn)制碼還是BCD碼？是串行，還是并行？

（4）系統(tǒng)是在靜態(tài)條件下還是在動態(tài)條件下工作？帶寬要求如何？要求A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為多少？采樣速率為多少？是高速應(yīng)用還是低速應(yīng)用？

（5）要求參考電壓是內(nèi)部的還是外加的？是固定的還是可變的？

審核編輯：劉清