【技术文章】ADC的输入噪声:好噪声,坏噪声和丑噪声。有些噪声怎样可以是好噪声

作者:Walt Kester

引言

所有模数转换器(ADC)都有一定数量的折合到输入端的噪声

——它被看作一种与无噪声ADC的输入端串联的噪声源模型。

不能把折合到输入端的噪声与量化噪声相混淆,量化噪声仅在

ADC 处理随时间变化的信号时有意义。在大多数情况下,输入

噪声越小越好;但是在有些情况下,输入噪声实际上对提高分

辨率是有帮助的。如果现在你觉得这似乎没有道理,那么请阅

读本文以弄明白有些噪声怎样可以是好噪声。

折合到输入端的噪声(编码变迁噪声)

实际的 ADC 在许多方面与理想的 ADC 有偏差。折合到输入端

的噪声(又称作有效输入噪声)无疑是偏离理想值,它对 ADC

总传递函数的影响如图 1 所示。当模拟输入电压增加时,“理

想的”ADC(如图 1a 所示)保持一个恒定的输出编码直到达

到一个变迁区,在那一点上输出编码立刻跳变到下一个量化

值,并且一直保持到达到下一个变迁区域。理论上理想的 ADC

具有零编码变迁噪声,并且变迁区域的宽度等于零。实际的

ADC 有一定数量的编码变迁噪声,因而具有有限的变迁区域宽

度。图 1b 示出编码变迁噪声宽度约为一个最低有效位(LSB)

峰峰值(P-P)噪声的情况。

地或连接到一个深度去耦的电压源,然后采集大量的输出采样

并且将其绘制为直方图(如果 ADC 的输入标称值为 0 V,则称

之为输入接地直方图)。由于该噪声是近似的高斯(Gaussian)

分布,所以该直方图的标准偏差σ可以计算,它相当于 RMS

输入噪声。欲获知如何从直方图数据计算σ值的详细介绍,请

见深入阅读资料 6。通常的做法是用 LSB的 RMS 来表示这种

RMS 噪声,相当于折合成 ADC 满度输入范围的 RMS 电压。

如果模拟输入范围以数字量或个数来表示,那么输入值(例如,

σ)可以用 LSB 的数量来表示。

图 2.折合到输入端的噪声对 ADC 的输入接地

直方图的影响,该 ADC 具有很小的 DNL

尽管 ADC 内在的微分线性误差(DNL)会造成与理想的高斯

分布的偏差(例如,图 2 中有一些 DNL 是很明显的),但应

当至少近似于高斯分布。如果有显著的 DNL 偏差,那么应对

于几个不同的 DC 输入电压进行平均计算σ值。如果编码分布

明显是非高斯分布的,例如有大而明显的波峰或波谷,这就表

明对 ADC 设计得不好,或很可能是印制电路板(PCB)布 地或连接到一个深度去耦的电压源,然后采集大量的输出采样ADC 的输入噪声: 并且将其绘制为直方图(如果 ADC 的输入标称值为 0 V,则称 之为输入接地直方图)。由于该噪声是近似的高斯(Gaussian)好噪声,坏噪声和 分布,所以该直方图的标准偏差σ可以计算,它相当于 RMS 输入噪声。欲获知如何从直方图数据计算σ值的详细介绍,请丑噪声。有些噪声怎样 见深入阅读资料 6。通常的做法是用 LSB 的 RMS 来表示这种 RMS 噪声,相当于折合成 ADC 满度输入范围的 RMS 电压。可以是好噪声? 如果模拟输入范围以数字量或个数来表示, σ)可以用 LSB 的数量来表示。