理解ADC誤差對系統性能的影響（二）

有很多原因促使制造商沒(méi)有給出最大界限。其中之一便是成本的增加。漂移測試需要特殊的平臺，并且還要在測試流程中增加額外的工序（這將導致額外的制造成本），以確保所有器件不超出最大漂移界限。

增益漂移的問(wèn)題更多，尤其是對于那些采用內部基準的器件。這時(shí)候，基準的漂移可以一并包含于增益漂移參數中。當采用外部基準時(shí)，IC的增益漂移一般比較小，比如0.8ppm/°C。這樣，±10°C的溫度變化將會(huì )造成±8ppm的漂移。舉例來(lái)講，12位性能等價(jià)于244ppm （1/4096 = 0.0244% = 244ppm）。因此，±8ppm的漂移所造成的誤差遠低于12位系統中的一個(gè)LSB。

交流特性

有些ADC只在輸入信號接近于直流時(shí)能很好地工作。另外一些則能很好地處理從直流到Nyquist特頻率的信號。僅有DNL和INL符合系統要求并不能說(shuō)明轉換器能夠同樣合格地處理交流信號。DNL和INL是在直流測試的。要掌握其交流性能就必須了解交流指標。在產(chǎn)品規格書(shū)中有電氣參數表和典型工作特性，從中你可以找到有關(guān)交流性能的線(xiàn)索。需要考察的關(guān)鍵指標有信號–噪聲比（SNR），信號–噪聲加失真比（SINAD），總諧波失真（THD），以及無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）。首先我們來(lái)看一看SINAD或SNR。SINAD定義為輸入正弦波信號的RMS值與轉換器噪聲的RMS值（從直流到Nyquist特頻率，包括諧波［總諧波波失真］成分）。諧波發(fā)生于輸入頻率的倍數位（圖9）。SNR類(lèi)似于SINAD，只是它不包含諧波成分。因此，SNR總是好于SINAD。SINAD和SNR一般以dB為單位。

其中N是轉換器的位數。對于理想的12位轉換器，SINAD為74dB。這個(gè)方程可重寫(xiě)為N的表達式，新的表達式揭示了能夠獲得的信息的位數與RMS噪聲的函數關(guān)系：

這個(gè)方程就是等效位數的定義，即ENOB。

圖9. FFT圖顯示出ADC的交流性能

值得注意的是SINAD和輸入頻率有關(guān)。隨著(zhù)頻率向Nyquist上限逼近，SINAD逐漸下降。如果規格書(shū)中的指標是在相對于Nyquist頻率較低的頻率下測得，在接近Nyquist頻率時(shí)性能有可能變得很差。在規格書(shū)中的典型工作特性中可以找到ENOB曲線(xiàn)，可以觀(guān)察到隨著(zhù)頻率的增加ENOB下降，主要是由于隨著(zhù)輸入頻率的增加THD逐漸變差。例如，如果在感興趣的頻率SINAD的最小值為68dB，那么你可獲得的ENOB值為11。也就是說(shuō)，由于轉換器的噪聲和失真，你丟失了1位信息。這也意味著(zhù)你的12位轉換器最多只能達到0.05%的精度。記住INL是一項直流指標；ENOB是一項有關(guān)轉換器對于交流信號的非線(xiàn)性性能指標。

SNR是不考慮失真成分的信號–噪聲比。SNR反映了轉換器的噪聲背景。隨著(zhù)輸入頻率的增加SNR可能會(huì )急劇下降，這說(shuō)明該轉換器不是為該頻率的應用而設計。改善SNR的一個(gè)辦法是過(guò)采樣，這種方法提供了一定的處理增益。過(guò)采樣以遠高于信號頻率的速度進(jìn)行采樣，以此來(lái)降低轉換器的噪聲背景。這種方法將噪聲譜擴展到更寬的頻域內，這樣就有效降低了一定頻段內的噪聲。兩倍率的過(guò)采樣可將噪聲背景降低3dB。

SFDR定義為FFT圖中，頻域內輸入正弦波的RMS值與最高的雜散信號的RMS值之比，一般以dB為單位。對于某些要求ADC動(dòng)態(tài)范圍盡可能大的通信應用，SFDR尤為重要。雜散信號妨礙了ADC對于小輸入信號的轉換，因為失真信號可能會(huì )比有用信號大很多。這就限制了ADC的動(dòng)態(tài)范圍。頻域內出現一個(gè)大的雜散信號可能對SNR不會(huì )有明顯影響，但會(huì )顯著(zhù)影響SFDR。

小結