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SAR ADC輸入類型間性能比較- I

作者: 時間:2016-03-18 來源:網(wǎng)絡 收藏

  在選擇一個 時所考慮的某些關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格包括分辨率、通道數(shù)量、采樣率、電源范圍、功耗、數(shù)字接口和時鐘速度。但是諸如信噪比 (SNR) 和總諧波失真 (THD) 的噪聲和AC參數(shù)是怎樣的呢?這些參數(shù)會影響總體系統(tǒng)性能,并因此影響到輸入類型的選擇。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201603/288464.htm

  噪聲影響

  單端輸入:這些只需要一條導線/電纜和一個單輸入驅(qū)動器,如果有的話,連接至電源。需要注意的是,這些測量相對于SAR自身接地的輸入信號。雖然這是最簡單的配置,信號接地和SAR接地之間的誤差將影響準確度。此外,從電源和接地耦合到內(nèi)部采樣電容器的噪聲將影響轉(zhuǎn)換準確度,這是因為共模抑制 (CMRR) 很糟糕,可以忽略不計。

  差分輸入(偽差分和全差分):雖然這種輸入需要一條額外的導線/電纜以及兩個輸入驅(qū)動器,但是包括以下優(yōu)點:

  由于正確的布局布線技巧,兩個輸入上的電源噪聲耦合、接地彈跳和時鐘將相類似。更好的CMRR大大減少了任何相關(guān)噪聲。

  特別是對于偽差分輸入,負輸入可以感測到信號接地或偏移,從而消除信號接地和SAR接地之間的任何誤差。

  示例:請參考針對ADS7042,ADS8860和ADS8319等器件的技術(shù)規(guī)格表中AINM的“工作輸入范圍”。

  SNR影響

  的SNR將信號功率分量與采樣頻率一半以下的噪聲功率進行比較,其中不包括諧波和DC。我使用以下等式來計算SNR影響:

    

 

  ADC輸入上的總系統(tǒng)噪聲由兩個分量組成:耦合自信號源以及輸入驅(qū)動器的外部噪聲和ADC輸入上的內(nèi)部噪聲。由于單端架構(gòu)(具有一個CDAC結(jié)構(gòu))很少見,我將會比較偽差分(在每個輸入上使用一個CDAC結(jié)構(gòu))與全差分輸入間的性能差異。

  對于一個指定的架構(gòu),全差分SAR上的輸入信號范圍(-REF至REF)是偽差分SAR范圍 (0-REF) 的兩倍。對于全差分輸入*,由于將信號舍入至最接近的編碼而引入到AC信號的量化噪聲也會加倍。

    

 

  內(nèi)部噪聲:為了分析ADC的SNR,我們首先假定一個噪聲可忽略不計的理想AC源和驅(qū)動器??墒褂脙蓚€對于ADC十分重要的量化噪聲 (NQUANT) 以及轉(zhuǎn)換噪聲 (NTRANS) 來分析內(nèi)部噪聲的影響。

    

 

  對于一個只有量化誤差的理想ADC來說(即NTRANS= 0),如表2中所示,SNRADC對于兩個輸入類型是一樣的。計算方法為:

    

 

  轉(zhuǎn)換噪聲由諸如比較器的有源電路和來自電阻器以及電容器的kT/C噪聲引入。由于NTRANS起到?jīng)Q定性作用,如表2中所示,可以看到全差分ADC的SNRADC提高了多達6dB。其原因是動態(tài)范圍加倍,而NTRANS保持不變。

  下方的圖1更好地解釋了這一情況,其中顯示了16位ADC的SNRADC。對于理想ADC來說,兩個輸入類型的SNRADC是一樣的。隨著NTRANS開始縮放,兩個SNR間的差異變寬。在NTRANS>> NQUANT時,可以看到6dB的變化。實際上,這個SNRADC方面的差異可以是0dB至6dB之間的任何值,這取決于設計是如何優(yōu)化NTRANS與NQUANT間的比率的。

  圖1:SNR與內(nèi)部噪聲的比較

    

 

  示例:比較同一系列輸入器件(諸如 (ADS8861,ADS8860),(ADS8354,ADS8353),(ADS7254,ADS7253))全差分和偽差分之間的SNR技術(shù)規(guī)格。

  外部噪聲:在一個系統(tǒng)中,SAR也會看到由輸入源和驅(qū)動器引入的噪聲。然后,SNR等式的分母將增加。如下所示,由于使用了兩個驅(qū)動器,全差分輸入的總SNR進一步降低。

    



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