1 ADC 静态参数
1.1 Gain Error
ADC实际传输曲线斜率偏离理想斜率的程度。即补偿失调误差之后,输出曲线最后的实际偏差。
修正失调电压误差后,额定满量程代码与理想输入信号码值之间的差值,即Gain Error = Full-scale Error - Offset Error。
1.2 Offset Error
ADC输入、输出曲线中第一个转换点与理想值的偏差,可以用LSB表示。 输入信号为零,ADC输出码值。即输入端对地短接,读取ADC码值。
1.3 Full_scale Error
满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差,Full_scale Error = Gain Error + Offset Error。满刻度输出时,记录输入信号值。
1.4 DNL
任意两个相邻码值之间所测得变化值与理想的1 LSB变化值之间的差异。这个参数是用来描述ADC芯片线性度的一个参数。这个参数的公式这样计算:
DNL表示的是微观状态下的偏差,理想ADC在输出码(如101)所对应的模拟信号的范围为1LSB,但实际的ADC对应的模拟信号范围可能或大或小,DNL就表示理想和实际的差值。其中DNL = -1.0LSB表示丢码。DNL值小并不代表SNR高,但DNL值大反映SNR下降。
直方图测试方法:
直方图方法测试DNL,输入源为正弦波,DNL计算公式如下:
注:
PA(n):实际 ADC 第 n 个数字码出现的概率;
PI(n):理想 ADC 第 n 个数字码出现的概率。
采样点数 M 取决于 ADC 的分辨率 N,测试结果的置信度水平(1-α) 和DNL的误差精度β之间的关系如下
实际输出的直方图
DNL曲线
1.5 INL
ADC传递函数与一条通过ADC传递函数端点的直线的最大偏差。
这个参数是用来描述ADC芯片线性度的一个参数。这个参数的公式这样计算:
INL表示的是宏观状态下的偏差,在任意一个点,由于DNL的积累导致在那个点与理想值的差值。INL小并不代表THD低,但INL值大反映THD恶化。
直方图测试方法:
直方图方法测试INL,输入源为正弦波。INL理论上是对DNL进行积分运算, 即对DNL 进行累加求和得到, 公式如下:
INL曲线
2 ADC 动态参数
动态特性描述的是ADC性能随着信号频率变化而变化的特征。
既然是与频率有关,当然分析的函数图像就不是上面的传输特性曲线,而是与频率相关的频谱图。经FFT分析后,频谱中会包含有信号、失真、噪声这三个量。而相关指标的计算就是基于这三个量的。
2.1 SNR
ADC输出端测得的信号对噪声比。
2.2 SINAD
ADC输出端测得的信号对噪声及失真比
2.3 ENOB
表示把当前ADC看做是理想ADC时所具有的分辨率位数。
2.4 SFDR
信号RMS幅度与次最大噪声成分或谐波失真成分的RMS值之比。
SFDR = 10 * log10 (Ph(1) / max(Ph(2:10)))
2.5 THD
总谐波失真
谐波一般取前10次谐波,从计算公式可知信号在分母位置,计算出来小于1或为负dB。总谐波失真计算方式如下:
-
Ps:信号功率;
-
Pn:噪声功率;
-
Pd:由二到十次谐波引起的总失调功率;
-
Ph(1):基波功率;
-
Ph(2:10):二到十次谐波功率;
-
Vs:信号值;
-
VN:噪声值。