工程師詳解：ENOB與有效分辨率的區別

您可能知道，有效位數(ENOB)和有效分辨率都是與ADC分辨率有關(guān)的參數。理解它們的區別并確定哪個(gè)更具相關(guān)性，是令ADC用戶(hù)與應用工程師等極為困惑的問(wèn)題，經(jīng)常因此發(fā)生爭論。

您認為哪個(gè)更重要?

ADC的分辨率位數(N)可決定ADC的動(dòng)態(tài)范圍(DR)，其代表ADC可測量的輸入信號等級范圍，通常以[dB]為單位。DR可定義為：

請注意，由于信號在給定時(shí)間視窗內的RMS幅值取決于信號幅值在該時(shí)間視窗內如何變化，因此ADC的DR變化取決于輸入信號特征。對于其滿(mǎn)量程范圍(FSR)內的恒定DC輸入而言，理想的N位ADC可分別測量FSR和FSR/2N的最大及最小RMS幅值。因此，ADC的DR為：

同理，對于幅值隨ADCFSR變化而變化的正弦波信號輸入而言，理想的N位ADC可測量(FSR/2)/√2的最大RMS幅值。正弦波輸入信號的最小可測量RMS幅值受量化誤差的限制，其近似于幅值為半個(gè)LSB或FSR/2N+1的鋸齒波。幅值A的鋸齒波RMS幅值為A/√3。因此，正弦波輸入信號的理想ADC的DR是：

真正的ADC具有可降低DR的誤差。事實(shí)上，根據輸入信號特征的不同，在輸入信號接近其最小值時(shí)，ADC輸出有不同類(lèi)型的誤差占主導地位。

對于恒定DC輸入而言，ADC的輸出誤差主要取決于所謂的“過(guò)渡”噪聲，其包含ADC、ADC驅動(dòng)器以及電源等組件的固有寬帶散熱噪聲。如果ADC不存在較大的線(xiàn)性(DNL)問(wèn)題，過(guò)渡噪聲可在A(yíng)DC輸出端產(chǎn)生一個(gè)近似高斯代碼分布。

圖1：恒定DC輸入的ADC輸出代碼直方圖

本直方圖的一個(gè)標準偏差(σHISTO)相當于過(guò)渡噪聲的RMS值。在σHISTO>1LSB時(shí)，ADC的DCDR就會(huì )減小至：

將(2)和(4)組合起來(lái)，可重新計算出降低的分辨率或有效分辨率：

同理，對于時(shí)間變化的輸入而言，ADC的輸出包含動(dòng)態(tài)誤差(即量化噪聲與失真)以及可降低DR的過(guò)渡噪聲。改變后的DR通常被稱(chēng)為SINAD，重新計算的ADC分辨率被稱(chēng)為ENOB。因此：

總之，給定ADC可能具有不同的DR和分辨率，主要取決于輸入是AC還是DC信號。因此，ADC分辨率有單獨的衡量指標，其對應于不同的輸入條件，即ENOB對應于A(yíng)C輸入，有效分辨率對應于DC輸入。確定哪種更適合自然取決于您的應用。