【導讀】ADC 是數模轉換器的簡稱，諸多廠家都在積極制造更高性能的 ADC。在前文中，小編對如何提高 ADC 性能給出了部分建議。為增進大家對 ADC 的認識，本文將從兩方面介紹 ADC：1.ADC 輸入噪聲有何利弊?2. 什么是高精度 ADC。
ADC 是數模轉換器的簡稱，諸多廠家都在積極制造更高性能的 ADC。在前文中，小編對如何提高 ADC 性能給出了部分建議。為增進大家對 ADC 的認識，本文將從兩方面介紹 ADC：1.ADC 輸入噪聲有何利弊?2. 什么是高精度 ADC。
一、ADC 輸入噪聲利弊分析
多數情況下，輸入噪聲越低越好，但在某些情況下，輸入噪聲實際上有助于實現更高的分辨率。這似乎毫無道理，不過繼續閱讀本指南，就會明白為什么有些噪聲是好的噪聲。
折合到輸入端噪聲(代碼躍遷噪聲)
實際的 ADC 在許多方面與理想的 ADC 有偏差。折合到輸入端的噪聲肯定不是理想情況下會出現的，它對 ADC 整體傳遞函數的影響如圖 1 所示。隨著模擬輸入電壓提高，"理想"ADC(如圖 1A 所示)保持恒定的輸出代碼，直至達到躍遷區，此時輸出代碼即刻跳變為下一個值，并且保持該值，直至達到下一個躍遷區。理論上，理想 ADC 的"代碼躍遷"噪聲為 0,躍遷區寬度也等于 0. 實際的 ADC 具有一定量的代碼躍遷噪聲，因此躍遷區寬度取決于折合到輸入端噪聲的量(如圖 1B 所示)。圖 1B 顯示的情況是代碼躍遷噪聲的寬度約為 1 個 LSB(最低有效位)峰峰值。
圖 1:代碼躍遷噪聲(折合到輸入端噪聲)及其對 ADC 傳遞函數的影響
由于電阻噪聲和"kT/C"噪聲，所有 ADC 內部電路都會產生一定量的均方根(RMS)噪聲。即使是直流輸入信號，此噪聲也存在，它是代碼躍遷噪聲存在的原因。如今通常把代碼躍遷噪聲稱為"折合到輸入端噪聲",而不是直接使用"代碼躍遷噪聲"這一說法。折合到輸入端噪聲通常用 ADC 輸入為直流值時的若干輸出樣本的直方圖來表征。大多數高速或高分辨率 ADC 的輸出為一系列以直流輸入標稱值為中心的代碼(見圖 2)。為了測量其值，ADC 的輸入端接地或連接到一個深度去耦的電壓源，然后采集大量輸出樣本并將其表示為直方圖(有時也稱為"接地輸入"直方圖)。由于噪聲大致呈高斯分布，因此可以計算直方圖的標準差σ,它對應于有效輸入均方根噪聲。參考文獻 1 詳細說明了如何根據直方圖數據計算σ值。該均方根噪聲雖然可以表示為以 ADC 滿量程輸入范圍為基準的均方根電壓，但慣例是用 LSB rms 來表示。
圖 2:折合到輸入端噪聲對 ADC"接地輸入端"直方圖的影響(ADC 具有少量 DNL)
雖然 ADC 固有的微分非線性(DNL)可能會導致其噪聲分布與理想的高斯分布有細微的偏差(圖 2 示例中顯示了部分 DNL)，但它至少大致呈高斯分布。如果 DNL 比較大，則應計算多個不同直流輸入電壓的值，然后求平均值。例如，如果代碼分布具有較大且獨特的峰值和谷值，則表明 ADC 設計不佳，或者更有可能的是 PCB 布局布線錯誤、接地不良、電源去耦不當(見圖 3)。當直流輸入掃過 ADC 輸入電壓范圍時，如果分布寬度急劇變化，這也表明存在問題。
圖 3:設計不佳的 ADC 和 / 或布局布線、接地、去耦不當的接地輸入端直方圖
二、高精度 ADC
目前，世界上有多種類型的 ADC，有傳統的并行、逐次通近型、積分型、壓頻變換型等，也有近年來新發展起來的∑-△型和流水線型 ADC，多種類型的 ADC 各有其優缺點并能滿足不同的具體應用要求。精度的要求是 ADC 的一項重要指標。
基本原理：
A/D 轉換器作為聯系模擬領域到數字領域的紐帶是十分重要的器件，己發展成多種系列，每一種均有其適用范圍。總之 A/D 轉換器是用途很廣，發展十分迅速的器件，它在工業、國防、通訊、高科技等領域起著重要的作用。傳統方式的 ADC，例如逐次通近型、積分型、壓頻變換型等，主要應用于中速或較低速、中等精度的數據采集和智能儀器中。在全并行基礎上發展起來的分級型和流水線型人 D(主要應用于高速情況下的瞬態信號處理、快速波形存儲與記錄、高速數據采集、視頻信號量化及高速數字通訊技術等領域。此外，采用脈動型和折疊型等結構的高速 ADC，可應用于廣播衛星中的基帶解調等方面。這些高速 ADC 今后的發展方向是在現有高速基礎上盡可能提高其分辨率，以滿足兼顧高速、高精度的發展方向。20 世紀 90 年代以來獲得很大發展的∑-△型 ADC 利用高抽樣率和數字信號處理技術，將抽樣，量化、數字信號處理融為了一體，從而獲得了高精度的 ADC，目前可達 24 位，主要應用于高精度數據采集特別是數字音響系統、多媒體、地簇勘探儀器、聲納等電子測量領域。
下表是對現有的幾種主要 ADC 類型作一簡要總結。無論采用何種電路結構，若要提高轉換速度。就要以較低的分辨宰和較大的功耗來作為代價:而要獲得較高的分辨率，則要犧牲轉換速度和功耗;為了降低功耗，卻又得不到較高的速度和分辨率。因此在系統應用中，必須根據實際需要來選擇適當電路結構和技術指標的 ADC。
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