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  • ADC有效位数的测量

    2019-04-03 21:56:44
    1、掌握 ADC 有效位数的测量方法。 2、掌握 Quartus II 和 Matlab 的使用。 3、掌握 ADC 电路的设计方法。 4、掌握数字前端调理电路设计方法。
  • ADC有效位数与有效分辨率的区别

    万次阅读 2017-02-23 17:24:18
    您可能知道,有效位数(ENOB)和有效分辨率都是与ADC分辨率有关的参数。理解它们的区别并确定哪个更具相关性,是令ADC用户与应用工程师等极为困惑的问题,经常因此发生争论。  您认为哪个更重要?  ADC的...

    您可能知道,有效位数(ENOB)和有效分辨率都是与ADC分辨率有关的参数。理解它们的区别并确定哪个更具相关性,是令ADC用户与应用工程师等极为困惑的问题,经常因此发生争论。

      您认为哪个更重要?

      ADC的分辨率位数(N)可决定ADC的动态范围(DR),其代表ADC可测量的输入信号等级范围,通常以[dB]为单位。DR可定义为:

    工程师详解:ENOB与有效分辨率哪个更重要?

      请注意,由于信号在给定时间视窗内的RMS幅值取决于信号幅值在该时间视窗内如何变化,因此ADC的DR变化取决于输入信号特征。对于其满量程范围(FSR)内的恒定DC输入而言,理想的N位ADC可分别测量FSR和FSR/2N的最大及最小RMS幅值。因此,ADC的DR为:

    工程师详解:ENOB与有效分辨率哪个更重要?

      同理,对于幅值随ADCFSR变化而变化的正弦波信号输入而言,理想的N位ADC可测量(FSR/2)/√2的最大RMS幅值。正弦波输入信号的最小可测量RMS幅值受量化误差的限制,其近似于幅值为半个LSB或FSR/2N+1的锯齿波。幅值A的锯齿波RMS幅值为A/√3。因此,正弦波输入信号的理想ADC的DR是:

    工程师详解:ENOB与有效分辨率哪个更重要?

      真正的ADC具有可降低DR的误差。事实上,根据输入信号特征的不同,在输入信号接近其最小值时,ADC输出有不同类型的误差占主导地位。

      对于恒定DC输入而言,ADC的输出误差主要取决于所谓的“过渡”噪声,其包含ADC、ADC驱动器以及电源等组件的固有宽带散热噪声。如果ADC不存在较大的线性(DNL)问题,过渡噪声可在ADC输出端产生一个近似高斯代码分布。

    工程师详解:ENOB与有效分辨率哪个更重要?

      图1:恒定DC输入的ADC输出代码直方图

      本直方图的一个标准偏差(σHISTO)相当于过渡噪声的RMS值。在σHISTO>1LSB时,ADC的DCDR就会减小至:

    工程师详解:ENOB与有效分辨率哪个更重要?

      将(2)和(4)组合起来,可重新计算出降低的分辨率或有效分辨率:

    工程师详解:ENOB与有效分辨率哪个更重要?

      同理,对于时间变化的输入而言,ADC的输出包含动态误差(即量化噪声与失真)以及可降低DR的过渡噪声。改变后的DR通常被称为SINAD,重新计算的ADC分辨率被称为ENOB。因此:

    工程师详解:ENOB与有效分辨率哪个更重要?

      总之,给定ADC可能具有不同的DR和分辨率,主要取决于输入是AC(交流)还是DC(直流)信号。因此,ADC分辨率有单独的衡量指标,其对应于不同的输入条件,即ENOB对应于AC(交流),有效分辨率对应于DC(直流)输入。确定哪种更适合自然取决于您的应用。

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  • ADC有效位数和信纳比计算

    万次阅读 2017-02-23 17:17:51
    ADC有效位数和信噪比计算 理论上,一个ADC的SNR(信号与噪声的比值)等于(6.02N+1.76)dB,这里N等于ADC的位数。虽然我的数学技巧有点生疏,但我认为任何一个16转换器的信噪比应该是98.08dB。但当我查看模数转换...

    ADC的有效位数和信噪比计算

    理论上,一个ADCSNR(信号与噪声的比值)等于(6.02N+1.76)dB,这里N等于ADC的位数。虽然我的数学技巧有点生疏,但我认为任何一个16位转换器的信噪比应该是98.08dB。但当我查看模数转换器的数据手册时,我看到一些不同的情况。比如,16位的(逐次逼近型)模数转换器指标的典型值通常可低至84dB高达95dB。生产厂家很自豪地把这些值写在产品的数据手册的首页,而且坦率地说,信噪比为95dB的16位ADC具有竞争力。除非我错了,计算的98.08dB高于所找到最好的16位ADC数据手册中的96dB。那么,这些位数到那去了?

    让我们先找出理想化的公式(6.02N+1.76)从何而来。任何系统的信噪比,用分贝来表示的话,等于20log10(信号的均方根/噪音的均方根)。推导出理想的信噪比公式时,首先定义信号的均方根。如果把信号的峰峰值转换为均方根,则除以 即可。ADC的均方根信号用位数表示等于,这里q是LSB(最低有效位)。

     所有ADC产生量化噪声是把输入信号抽样成离散“桶”的后果。这些桶的理想宽度等于转换器LSB的大小。任何ADC位的不确定值是±1/2 LSB

    。如果假定对应每个位误差的响应是三角形的话,则其均方根等于LSB信号的幅值除以,均方根的噪声则

     综合均方根和均方根噪声条件,理想ADC的SNR用分贝表示为:

    重复刚才的问题,那些位数到底去那了?那些ADC的供应商热情地解释这个失位现象,因为他们的众多试验装置表明产品具有良好的信噪比。从根本上说,他们认为电阻和晶体管的噪声导致了这种结果。供应商测试其ADC的SNR是通过将他们的数据带入下面的公式:


    这些理论和测试SNR的公式是完善的,但他们只能提供部分你需要知道的转换器到底能给予你的位数。THD (总谐波失真),另一个要注意的ADC指标,定义为谐波成分的均方根和,或者是输入信号功率的比值


    这里HDx是x次谐波失真谐波的幅值,PS是一次谐波的信号功率,Po是二次到八次谐波的功率。ADC的重要指标,INL(积分非线性)误差清晰地出现在THD结果中。

    最后,SINAD(信号与噪声+失真比)定义为信号基波输入的RMS值与在半采样频率之下其它谐波成分RMS值之和的比值,但不包括直流信号。对 SAR和流水线型而言,SINAD的理论最小值等于理想的信噪比,或6.02N+1.76dB。至于Δ-Σ转换器的理想SINAD等于(6.02N+1.76dB+,其中fS是转换器采样频率,BW是感兴趣的最大带宽。非理想SINAD值为或者


    其中PS是基波信号功率,PN是所有噪声谱成分的功率,PD是失真谱成分功率。

    因此,下一次当你寻找丢失的位数时,记住它是结合了SNR、THD和SINAD等多个指标,这些可以让您全面了解ADC的真实位数--无论它采用的是逐次逼近型、流水线型还是Δ-Σ技术,不管在数据手册的第一页中提到有多少位。

    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    我的理解

    ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    SINAD(信纳比)

     

    SINAD=(S+N+D)/(N+D).S是信号功率 N是噪声功率 D是失真功率。

    一般失真功率取2到5次谐波的功率和。

    需要注意的是,SINAD不会小于1。

    ENOB(有效位数)

     

     ENOB = (SINAD-1.76)/6.02

    1.76为理想ADC的量化噪声

    6.02为将log2转化为log10的系数比。

     

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  • CC2530ADC转换位数

    千次阅读 2019-05-17 19:34:19
    话说CC2530ADC转换位数 ...再打个比方:测试这伙人说,不对啊,不精准啊,咱们重新起个名吧,叫有效位,就是实际有效位数有效位咱们就不提符号了。嗯,第一个:8(TI)的还凑合,挺准,有效位直接去掉...

    话说CC2530ADC转换位数

    在这里插入图片描述
    打个比方:TI的开发Zigbee协议栈这伙人 接到的通知是TI提供的这个位数 即 8,10,12,14,这个位数包括了符号位,所以在Zigbee协议栈处理数据的时候分别左移8,5,4,2位。
    再打个比方:测试这伙人说,不对啊,不精准啊,咱们重新起个名吧,叫有效位,就是实际有效的位数,有效位咱们就不提符号位了。嗯,第一个:8位(TI位)的还凑合,挺准,有效位直接去掉符号位就叫他7位(实际有效位)。其他的都不准那,最后边去掉1位还可以 去掉1位看看,嗯,这回差不多。测试文档:实际有效位 7,9,10,12。

    情节1:
    测试:开发哈,你改一下哈,测得这个位数的精度比较准。
    开发:你可得了吧,咱么这专业的电气工程师,亲自提供的算法,你给改了我拿什么去写开发文档。就说是你估计的?没理论别瞎联系实际行不。

    情节2:
    测试:老板,你看,开发不听我的,他说没有依据,就不顾实际值。我觉得还是精度对于用户来说重要。
    老板:这样吧,提供技术文档的时候把你们两个的想法都加进去,让用户自己去选择,这样咱们既有测试,又有理论依据。而且就是后边差了哪一位,就差1个精度(最小变化值)[看不出就差1个精度的回去掰手指算]。不会出太大的问题,差不多就行了哈。

    情节3:
    测试:老板说了,把我的结果也写到技术文档里,让用户自己去选择,是理论重要还是实际重要,能开发个接口不?让用户选择。
    开发:加什么接口,加不了加不了。要改自己改去,理论就是对的,要实际结果让他自己改去,都给实际有效位了,还想咋地。不会自己改玩什么Zigbee!
    测试:哦哦,那好吧。

    所以,各位用户,理论 还是 实际 你们自己选嘛!

    /*使用实际有效位:*/
    //7位
    	value = ADCH<<8;
    	value |= ADCL;
    	value >>= 8
    	Vo = value/2^7*Vref;
    	//(2^7自己算去C语言不这么提供!Vref:参考电压!你自己选的)
    	//value :16位无符号整型
    	//Vo :float double 自己选
    //9位
    	value = ADCH<<8;
    	value |= ADCL;
    	value >>= 6
    	Vo = value/2^9*Vref;
    //10位
    	value = ADCH<<8;
    	value |= ADCL;
    	value >>= 5
    	Vo = value/2^10*Vref;
    //12位
    	value = ADCH<<8;
    	value |= ADCL;
    	value >>= 3
    	Vo = value/2^12*Vref;
    
    /*使用TI位:*/
    //8位
    	value = ADCH<<8;
    	value |= ADCL;
    	value >>= 8
    	Vo = value/2^(8-1)*Vref;
    	//(减一的原因是:去掉符号位,实际有效位的算法是没有符号位的!!)
    	//value :16位无符号整型
    	//Vo :float double 自己选
    //10位
    	value = ADCH<<8;
    	value |= ADCL;
    	value >>= 5
    	Vo = value/2^(10-1)*Vref;
    //12位
    	value = ADCH<<8;
    	value |= ADCL;
    	value >>= 4
    	Vo = value/2^(12-1)*Vref;
    //14位
    	value = ADCH<<8;
    	value |= ADCL;
    	value >>= 2
    	Vo = value/2^(14-1)*Vref;
    

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  • 假设一个12非理想的ADC,其ENOB为10bit,这并不表示把ADC的后两删掉就可以当做一个理想的10bitADC来使用,如果去掉后两把该ADC作为一个10bit的ADC来测试,你会发现它的ENOB不到10bit。  ENOB的计算方法是...

    如何确定ADC的位数?

    Q1:

    ADC位数是根据传输方式和噪声来计算的。如,64QAM/7/8码率在视频解码正常的最低信噪比为28dB(某种衰落信道下);OFDM在轻微削波时的峰均比假设为11dB,所以ADC的最大信噪比至少要40dB,考虑信号波动给AGC留出3dB的余量,那么ADC至少要42/6=7位。剩下的就应该是考虑到噪声等因素留的余量了。
       ADC每增加一位,信噪比提高6dB,前提是输入ADC的波形没有噪声。模拟信号的信噪比是一定的,ADC之后的信号的最高信噪比也就定了。
       我觉得得分情况。有两点:首先RF指标不可能无限高的;其次,RF指标越高成本越高。对低成本系统,是链路预算决定射频指标,如wlan;对高成本系统,可能是RF指标决定链路预算,如星际通信。


    Q2:

    选AD,看接收信号的动态范围要求和解调性能的要求。 非线性指标,取决于接收信号的特性以及干扰的特性。



    ADC有效位数如何理解?     

           假设一个12位非理想的ADC,其ENOB为10bit,这并不表示把ADC的后两位删掉就可以当做一个理想的10bitADC来使用,如果去掉后两位把该ADC作为一个10bit的ADC来测试,你会发现它的ENOB不到10bit。


        ENOB的计算方法是使用ADC测量出的SNDR根据公式SNDR=6.02*ENOB+1.76换算而来的,从这个公式我们可以明白这里ENOB的意思是12bit非理想ADC的SNDR与理想的10bitADC的SNR相等。


        对于一个非理想的ADC,其输出不仅有量化噪声,还有失真引起的高次谐波,所以会在SNDR的计算中抵消一部分精度。


    信噪失真比 SNDR

    SNDR是指频带内信号总功率和噪声以及谐波功率之和的比值。它的定义和SNR的定义类似,只是为了强调ADC中的谐波失真。



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