高速高速ADC几个关键指标的定义几个关键指标的定义
分析了几个高速ADC的关键指标的定义,包括量化误差、偏移与增益误差、微分非线性、积分非线性,以及几
个动态指标定义。
一个基本概念一个基本概念
分贝分贝(dB)::按照对数定义的一个幅度单位。对于电压值,dB以20log(V
A
/V
B
)给出;对于功率值,以10log(P
A
/P
B
)给出。dBc是
相对于一个载波信号的dB值;dBm是相对于1mW的dB值。对于dBm而言,规格中的负载电阻必须是已知的(如:1mW提供给
50Ω),以确定等效的电压或电流值。
静态指标定义:静态指标定义:
量化误差是基本误差,用图3所示的简单3bit ADC来说明。输入电压被数字化,以8个离散电平来划分,分别由代
码000b到111b去代表它们,每一代码跨越Vref/8的电压范围。代码大小一般被定义为一个最低有效位(Least Significant
Bit,LSB)。若假定Vref=8V时,每个代码之间的电压变换就代表1V。换言之,产生指定代码的实际电压与代表该码的电压
两者之间存在误差。一般来说,0.5LSB偏移加入到输入端便导致在理想过渡点上有正负0.5LSB的量化误差。
图3 理想ADC转换特性
偏移与增益误差(偏移与增益误差(Offset Gain Error))
器件理想输出与实际输出之差定义为偏移误差,所有数字代码都存在这种误差。在实际中,偏移误差会使传递函数或模拟输入
电压与对应数值输出代码间存在一个固定的偏移。通常计算偏移误差方法是测量第一个数字代码转换或“零”转换的电压,并将
它与理论零点电压相比较。增益误差是预估传递函数和实际斜率的差别,增益误差通常在模数转换器最末或最后一个传输代码
转换点计算。
为了找到零点与最后一个转换代码点以计算偏移和增益误差,可以采用多种测量方式,最常用的两种是代码平均法和电压抖动
法。代码平均测量就是不断增大器件的输入电压,然后检测转换输出结果。每次增大输入电压都会得到一些转换代码,用这些
代码的和算出一个平均值,测量产生这些平均转换代码的输入电压,计算出器件偏移和增益。电压抖动法和代码平均法类似,
不同的是它采用了一个动态反馈回路控制器件输入电压,根据转换代码和预期代码的差对输入电压进行增减调整,直到两代码
之间的差值为零,当预期转换代码接近输入电压或在转换点附近变化时,测量所施加的“抖动”电压平均值,计算偏移和增益。
微分非线性(微分非线性(Differential nonlinearity,,DNL))
理论上说,模数器件相邻两个数据之间,模拟量的差值都是一样的。就好比疏密均匀的尺子。但实际上,相邻两刻度之间的间
距不可能都是相等的。所以,ADC相邻两刻度之间最大的差异就叫微分非线性DNL,也称为差分非线性。同样举例来说明,
如果对于12bit的ADC,其INL=8LSB,DNL=3LSB,在基准电压为4.095V时,测得A电压对应读数为1000b,测得B电压对
应读数为1200b。那么就可以判断出,B点电压值比A点高出197mV到203mV,而不是准确的200mV。
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