ADI_Amy

关于分辨率的两种表示方法,你理解对了吗?

ADI_Amy 員工 在 2016-6-28 建立的討論區

低带宽、高分辨率ADC的分辨率为16位或24位。但是,器件的有效位数受噪声限制,而噪声则取决于输出字速率和所用的增益设置。有些公司规定使用有效分辨率来表示该参数,ADI则规定使用峰峰值分辨率。峰峰值分辨率 是指无闪烁位数,计算方法与有效分辨率不同。本文将说明峰峰值分辨率与有效分辨率的区别。

 

先来说说噪声

图1显示模拟输入接地时从一个Σ-Δ型ADC获得的典型直方 图。理想情况下,对于这一固定的直流模拟输入,输出码 应为0。但是,由于噪声影响,恒定模拟输入存在一个码 字分布。此噪声包括ADC内部的热噪声和模数转换过程引 起的量化噪声。

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图1 模拟输入接地时的直方图

 

码字分布一般为高斯分布。均方根噪声是通过从该直方图 产生的曲线计算出的,曲线的宽度决定均方根噪声。高斯 曲线的分布是从负无穷大到正无穷大。然而,99.99%的码 字出现在6.6倍均方根噪声范围内。因此,峰峰值噪声为均 方根噪声的6.6倍。

 

数据手册一般使用均方根噪声。噪声取决于所用的滤波器 频率和增益设置。通常,当模拟输入范围缩小时,均方根 噪声也会变小。但是,由于满量程模拟输入信号也被减 小,因此有效位数降低。

 

峰峰值分辨率

大多数应用不希望在系统输出时看到码闪烁。例如,对于电子秤应用,无闪烁位数很重要。可以将ADC产生的数字字截断,使得在电子秤监视器上看不到闪烁位。

 

无噪声分辨率或峰峰值分辨率是根据数据手册给出的噪声 值计算出的。首先计算信噪比(SNR):

SNR = 20log(噪声/满量程输入)

 

ADI公司一般规定使用峰峰值分辨率或无噪声码分辨率, 这是使用峰值噪声(等于均方根噪声的6.6倍)计算SNR而 获得的。从信噪比计算中可以确定精度。

SNR = 6.02N + 1.76 = 20log(峰值噪声/满量程输入)

 

从AD7719数据手册可知,当模拟输入范围为+2.56 V且数 据更新速率为5.35 Hz时,均方根噪声等于1.25μV。根据该 数据计算信噪比:

(20log((6.6 × 1.25E–6)/(2.56 × 2)) = –115.85 dB

 

据此计算峰峰值分辨率:

115.85 = 6.02N + 1.76 => N = (115.85 – 1.76)/6.02 = 19 Bits

 

因此,在上述条件下,19个MSB中无闪烁位。

 

有效分辨率

有些公司规定使用有效分辨率,而不是峰峰值分辨率。有效分辨率是通过均方根噪声而非峰值噪声计算出的。使用均方根噪声计算信噪比:

(20log((1.25E–6)/(2.56 × 2)) = – 132.25 dB

 

据此计算有效分辨率:

132.25 = 6.02N + 1.76 => N = (132.25 – 1.76)/6.02 = 21.7 Bits

 

因此,有效分辨率 = 峰峰值分辨率 + 2.7位。

 

评估ADC时,应当认识到有效分辨率与峰峰值分辨率的计算方法 不同,有效分辨率比峰峰值分辨率大2.7位。此外,有效分辨率没 有突出闪烁位数,峰峰值分辨率则指出了不闪烁的位数,因而能 更好地表示性能。

 

有效位数计算方法因公司而异。因此, 针对一项应用比较不同公司的器件时,直接比较数值是不可取的,因为规定使用峰峰值分辨率的器件看起来会比规定使用有效 分辨率的器件要差。对于一个ADC,其有效分辨率比峰峰值分辨 率高2.7位。因此,对于有效分辨率为22位的器件,其无闪烁分辨 率为22 – 2.7 = 19.3位。要了解器件对于一项应用的真正性能,必须确定所规定的是峰峰值分辨率还是有效分辨率。

結果