ADC/DAC設(shè)計常見40問

　　本文章是關(guān)于ADC/DAC設(shè)計經(jīng)典問答，涵蓋時鐘占空比、共模電壓、增益誤差、微分相位誤差、互調(diào)失真等常見問題。

　　1、 什么是小信號帶寬(SSBW)?

　　小信號帶寬(Small Signal Bandwidth (SSBW))是指在指定的幅值輸入信號及特定的頻率下，它的輸出幅值比低頻時的輸出幅值下降指定值時，該特定頻率為小信號帶寬。

　　2、 什么是共模電壓(VCM)?

　　共模電壓(Common Mode Voltage (VCM ))是差動輸入的兩個引腳上相同的直流輸入電壓。

　　3、 什么是MSB(最高有效位)?

　　MSB(最高有效位(Most Significant Bit))，是具有最大的值或權(quán)重的位。它的值是滿量程的一半。

　　4、 什么是采樣(孔徑)延時?

　　采樣(孔徑)延時(Sampling (Aperture) Delay)是時鐘輸入的后邊緣到采樣開關(guān)打開所需的時間。采樣/保持電路有效地停止輸入信號捕獲，并進入“保持”模式，確定時鐘延時后的采樣。

　　5、什么是滿量程(FS)輸入范圍?

　　滿量程輸入范圍(Full Scale Input Range)，是指模數(shù)轉(zhuǎn)換器上數(shù)字化的輸入電壓的輸入范圍，既不低于這個范圍也不超過這個范圍。比如 V REF + = 3.5V 和 VREF - = 1.5V， FS = (VREF + )-(VREF - ) =2.0V。

　　6、什么是時鐘占空比?

　　時鐘占空比(Clock Duty Cycle)是時鐘波形高電平時間和一個時鐘周期總時間的比值。

　　7、什么是位的有效數(shù)(ENOB ，或有效位)?

　　位的有效數(shù)(ENOB ，或有效位)(EffecTIve Number of Bits (ENOB， 或EffecTIve Bits))是信噪比和失真的比率，或SINAD的另一種表達方法。 ENOB定義為(SINAD -1.76)/ 6.02，這個位數(shù)(ENOB)表示轉(zhuǎn)換器是與理想的模數(shù)轉(zhuǎn)換器等效。

　　8、 什么是增益誤差?

　　增益誤差是在第一個代碼和最后一個代碼發(fā)生轉(zhuǎn)換時，實際輸人電壓與理想輸人電壓之差。即，這個差值是：滿量程 - 2 LSB。

　　9、 許多模數(shù)轉(zhuǎn)換器在數(shù)據(jù)手冊中提供的應(yīng)用，在Va， Vd 和Vref引腳上出現(xiàn)了三個電容。這三個電容器都是必須的嗎?

　　根據(jù)特定器件和電路板的布局，一個或兩個電容可能就足夠了。較大的電容，通常是5到10的，提供了低阻抗大容量存儲，在轉(zhuǎn)換期間保證了電壓的穩(wěn)定性。較小值的電容器吸收較高頻率的噪音尖峰。如果印制電路板具有非常好的布局用于低噪聲工作，而且不包含一個微控制器或其他的嘈雜的數(shù)字邏輯，可能需要更少的電容器。但是為使ADC工作電平精度獲得保證，一般情況下最好是遵循數(shù)據(jù)手冊的推薦。

　　10、什么是零誤差?

　　ADC雙級輸出的零誤差是理論的輸入電壓(典型的是中心值加1/2LSB)和實際輸入電壓之間的差異，這個實際輸入電壓引起了輸出從0到1的轉(zhuǎn)換。

　　11、什么是輸出保持時間?

　　輸出保持時間是指在輸入時鐘邊緣后輸出有效數(shù)據(jù)的時間長度。

　　12、什么是分辨率?

　　分辨率是模擬增量，相當于1 LSB轉(zhuǎn)換器代碼的變化。分辨率也被定義為轉(zhuǎn)換器位數(shù)(n)的個數(shù)。數(shù)字代碼的個數(shù)等于2^n，其中“n”是位的個數(shù)。舉一個例子，一個12位轉(zhuǎn)換器模擬信號和2 ^ 12 = 4096數(shù)字編碼的映射關(guān)系。12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率，是輸入電壓的滿量程除以2^12，或4096，不會引起輸出代碼超出范圍。

　　13、什么是微分相位誤差?

　　微分相位誤差(DifferenTIal Phase Error)是指，小信號正弦波在兩個不同的直流(DC)輸入電平重構(gòu)下，輸出相位的差。

　　14、什么是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)指標?

　　模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)指標(DynamicSpecificaTIons)涉及到那些交流(AC)輸入信號。這些包括信/噪比(SNR)，SINAD(信號噪聲+失真)，ENOB(有效位數(shù))，THD(總諧波失真)，IMD(互調(diào)失真)，F(xiàn)PBW(全功率帶寬)，SSBW(小信號帶寬)。

　　15、什么是互調(diào)失真(IMD)?

　　互調(diào)失真(Intermodulation Distortion)，是指沒有出現(xiàn)在輸入端，作為兩個正弦曲線的頻率同時作用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入，而形成的額外的頻譜成分。它被定義為在互調(diào)積中的能量和原始頻率中的總能量比值。互調(diào)失真(IMD)通常用分貝(dB)來表示。

　　16、什么是增益溫度系數(shù)(滿量程溫度系數(shù))?

　　增益溫度系數(shù)(滿量程溫度系數(shù))是指增益誤差變化量和溫度變化量的比值。通常用每百萬分之/ 攝氏度(ppm/°C)表示。

　　17、什么是總諧波失真(THD)?

　　總諧波失真(THD)，用dB或dBc表示，是指總的諧波電平(美國國家半導(dǎo)體模數(shù)轉(zhuǎn)換器是9個諧波段)和輸入信號的倍頻出現(xiàn)在輸出的電平?？傊C波失真(THD)計算方法如下： THD=“sqrt”[ ( f2xf2 + f3xf3 +f4xf4 + f5xf5 + f6xf6 + f7xf7 + f8xf8 + f9xf9 + f10xf10) / (f1xf1) ] f1是輸入信號的基頻，f2 到f10這9個諧波頻率是基頻的倍頻。

　　18、什么是零刻度偏移誤差?

　　單極輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換器的零刻度偏移誤差是指理想的輸入電壓(1/2 LSB) 和實際輸入電壓之間的差，引起輸出代碼由0到輸出代碼1的轉(zhuǎn)換。

　　19、 什么是全功率帶寬(FPBW)?

　　全功率帶寬(FPBW)是指滿量程輸入在重構(gòu)的輸出基頻下降到3分貝時低于其低頻值的頻率。

　　20、什么LSB(最低有效位)?

　　LSB(最低有效位)，是指所有位中最小的值或權(quán)值。這個值是m*VREF/2 n，其中：“ m ”為主，是基準量程因子(這是最常見的單位)，其中“n”是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率。

　　21、怎樣才能消除模數(shù)轉(zhuǎn)換器時鐘線和控制線上的超調(diào)量和/或欠調(diào)量?

　　超調(diào)量和/或欠調(diào)量，是由高速信號邊緣和不匹配信號終端混合引起的。增加一個47至100Ω電阻串聯(lián)到輸入，電阻要盡可能的靠近時鐘源。目的是為了和時鐘線上的信號阻抗匹配，輸電線路也應(yīng)該這樣考慮。串聯(lián)的終端用一個小的附加電源，為減少擺動效應(yīng)通常是足夠了。

　　22、什么是輸出延時?

　　輸出延時是指輸入時鐘的后邊緣到數(shù)據(jù)更新出現(xiàn)在輸出引腳的延遲時間。

　　23、 什么是孔徑抖動?

　　孔徑抖動是指采樣值間孔徑延時的變化。孔徑抖動作為輸入噪聲出現(xiàn)。

　　24、 什么是信號噪聲及失真比(S/(N+D) 或 SINAD) ?

　　信號噪聲及失真比(S/(N+D) 或 SINAD)，用分貝表示(dB)，出現(xiàn)在輸出的輸入信號的有效值和所有其他光譜成分的有效值的比值，頻譜成分包括低于時鐘頻率一半頻譜的諧波，但不包括直流。

　　25、 什么是滿量程階躍響應(yīng)?

　　滿量程階躍響應(yīng)，定義為VIN從VREF-變化到VREF+，或從VREF+變化到 VREF-，為轉(zhuǎn)換器設(shè)定足夠的恢復(fù)，并滿足其額定精度的轉(zhuǎn)換所需的時間。

　　26、什么是通道延時(潛伏期)?

　　通道延時(潛伏期)，是指轉(zhuǎn)換啟動到轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在輸出驅(qū)動級時之間的時鐘周期的數(shù)量。數(shù)據(jù)對于任何給定的采樣是可利用通道延時加上輸出延遲后進行采樣。每隔一個時鐘周期，可得到新的數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)落后于通道延時加上輸出延時。

　　27、 什么是模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)指標?

　　靜態(tài)指標是關(guān)于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的直流(DC )信號輸入的指標。這些包括增益誤差，偏移誤差，以及微分與積分線性誤差。

　　28、什么是總不可調(diào)整誤差(TUE)?

　　總不可調(diào)整誤差(Total Unadjusted Error(TUE))，是指理想的情況下數(shù)字代碼的中心和輸入電壓范圍相關(guān)的電壓的最大偏差?？偽凑{(diào)整誤差包括偏移誤差，增益誤差，以及微分與積分非線性誤差。

　　29、什么是滿量程誤差?

　　滿量程誤差，是最后代碼的轉(zhuǎn)換離理想的1個 1/2 LSB 以下VREF +到多大范圍的測量，并定義為：VFSE =Vmax + 1.5 LSB- VREF + ，其中Vmax是轉(zhuǎn)換為最大代碼時的電壓，可以用伏特表示，最低有效位或滿量程范圍的百分數(shù)。

　　30、什么是轉(zhuǎn)換時間?

　　轉(zhuǎn)換時間是指模數(shù)轉(zhuǎn)換器完全一個轉(zhuǎn)換所需的時間。轉(zhuǎn)換時間不包括采樣時間，多路復(fù)用器設(shè)置時間，或完成一個轉(zhuǎn)換周期的其他部分，轉(zhuǎn)換時間可能少于吞吐量時間。

　　31、什么是電源抑制比(PSRR) ?

　　電源抑制比(Power Supply Rejection Ratio)，可分為兩種規(guī)格。直流電源抑制比(DC PSRR )是特定參數(shù)的變化量(例如，滿量程誤差)和一個電源電壓指定變化量的比值。交流電源抑制比(AC PSRR)是衡量一個電源上疊加的特定頻率和振幅的信號，這個信號在輸出上的輸出振幅，和它在電源引腳上的振幅的比值。電源抑制比(PSRR)通常用分貝表示。

　　32、什么是遺漏碼?

　　遺漏碼，是那些輸出碼被忽略的，或?qū)⒂肋h不會出現(xiàn)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的。這些碼不能通過任何輸入值。

　　33、什么是吞吐量率?

　　吞吐率是模數(shù)轉(zhuǎn)換器最高的連續(xù)轉(zhuǎn)換率。

　　34、什么是信噪比(SNR)?

　　信噪比(SNR)是一個比率，用分貝(dB)表示，出現(xiàn)在輸出的輸入信號的有效值和所有其他頻譜成分(低于采樣頻率的一半，除諧波分量和直流分量外)總和的有效值的比率。信噪比 (SNR)是信號電平的有效值與各種噪聲(包括量化噪聲、熱噪聲、白噪聲等)有效值之比的分貝數(shù)。其中信號是指基波分量的有效值，噪聲指奈奎斯特頻率以下的全部非基波分量的有效值(除諧波分量和直流分量外)。

　　35、 什么是吞吐時間?

　　吞吐時間是指轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所花的時間。吞吐時間包括任何多路復(fù)用器的建立時間，采樣時間，轉(zhuǎn)換時間，輸出顯示時間。

　　36、什么是直流共模誤差?

　　直流共模誤差(DC Common-Mode Error)是用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的差分輸入的一個規(guī)格。當兩個輸入上的模擬電壓被改變相同的值時，發(fā)生輸出代碼的變化量。它通常用LSBs表示。

　　37、什么是偏置誤差?

　　ADC的偏置誤差定義為使最低位被置成“1”狀態(tài)時ADC的輸人電壓，與理論上使最低位被置成“1”狀態(tài)時的輸人電壓之差。

　　38、ADC的輸入和傳感器相連，如何將傳感器輸出信號本身的干擾排除?

　　如果傳感器輸出是共模干擾，需要加儀表運放如AD8221/0等濾除。如果是差模干擾，加濾波器就可以濾除。

　　39、印制電路板的電源地是否應(yīng)作為數(shù)字和模擬的共同地?

　　是的，他們應(yīng)該是一樣的。但是重要的是，要慎重給所有電源和信號布線以使地電流與電源和信號分開

　　40、如何對流水線結(jié)構(gòu)ADC進行校準?需要校準哪些參數(shù)?

　　一般來講，ADC的offset和gain error會比較容易校準。只要外接0V和full scale進行采樣，然后得到校準系數(shù)。另外，如果需要作溫度補償?shù)脑?，一般需要加一個溫度傳感器，然后利用查表的方式來補償。