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峰峰值分 辨率和有效分辨率的概念

低帶寬、高分辨率ADC的有效位數計算方法因公司而異,而器件的有效位數受噪聲限制。有些公司規定使用有效分辨率來表示有效位數,有些公司則規定使用峰峰值分辨率。峰峰值分辨率是指無閃爍位數,計算方法與有效分辨率不同。因此,要了解器件對于一項應用的真正性能,必須確定所規定的是峰峰值分辨率還是有效分辨率。

噪聲

圖1顯示模擬輸入接地時從一個Σ-Δ型ADC獲得的典型直方圖。理想情況下,對于這一固定的直流模擬輸入,輸出碼應為0。但是,由于噪聲影響,恒定模擬輸入存在一個碼字分布。此噪聲包括ADC內部的熱噪聲和模數轉換過程引起的量化噪聲。

圖1:模擬輸入接地時的直方圖

碼字分布一般為高斯分布。均方根噪聲是通過從該直方圖產生的曲線計算出的,曲線的寬度決定均方根噪聲。高斯曲線的分布是從負無窮大到正無窮大。然而,99.99%的碼字出現在6.6倍均方根噪聲范圍內。因此,峰峰值噪聲為均方根噪聲的6.6倍。

數據手冊一般使用均方根噪聲。噪聲取決于所用的濾波器頻率和增益設置。通常,當模擬輸入范圍縮小時,均方根噪聲也會變小。但是,由于滿量程模擬輸入信號也被減小,因此有效位數會降低。

峰峰值分辨率和有效分辨率

峰峰值分辨率

大多數應用不希望在系統輸出時看到碼閃爍。例如,對于電子秤應用,無閃爍位數很重要??梢詫DC產生的數字字截斷,使得在電子秤監視器上看不到閃爍位。

無噪聲分辨率或峰峰值分辨率是根據數據手冊給出的噪聲值計算出的。首先計算信噪比(SNR):

SNR=20log(噪聲/滿量程輸入)

一般規定使用峰峰值分辨率或無噪聲碼分辨率,這是使用峰值噪聲(等于均方根噪聲的6.6倍)計算SNR而獲得的。從信噪比計算中可以確定精度:

SNR=6.02N 1.76=20log(峰值噪聲/滿量程輸入)

從AD7719數據手冊可知,當模擬輸入范圍為 2.56V且數據更新速率為5.35Hz時,均方根噪聲等于1.25μV。根據該數據計算信噪比:

(20log((6.6×1.25E–6)/(2.56 × 2)) = –115.85 dB

據此計算峰峰值分辨率:

115.85 = 6.02N 1.76 => N = (115.85 – 1.76)/6.02 = 19 Bits

因此,在上述條件下,19個MSB中無閃爍位。

有效分辨率

有些公司規定使用有效分辨率,而不是峰峰值分辨率。有效分辨率是通過均方根噪聲而非峰值噪聲計算出的。使用均方根噪聲計算信噪比:

(20log((1.25E–6)/(2.56 × 2)) = – 132.25 dB

據此計算有效分辨率:

132.25 = 6.02N 1.76 => N = (132.25 – 1.76)/6.02 = 21.7 Bits

因此,有效分辨率 = 峰峰值分辨率 2.7位。

評估ADC時,應當認識到有效分辨率與峰峰值分辨率的計算方法不同,有效分辨率比峰峰值分辨率大2.7位。此外,有效分辨率沒有突出閃爍位數,峰峰值分辨率則指出了不閃爍的位數,因而能更好地表示性能。 

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