峰峰值分辨率与有效分辨率

AN-615 图 1. 模拟输入接地时的直方图 NUMBER OF OCCURRENCES RMS NOISE P-P INPUT NOISE = 6.6 x RMS NOISE OUTPUT CODE n–4 n–3 n–2 n–1 n n+1 n+2 n+3 n+4 应用笔记 One Technology Way • P.O. Box 9106 • Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. • 电话: 781.329.4700 •传真： 781.461.3113 • www.analog.com 峰峰值分辨率与有效分辨率 作者：Mary McCarthy 简介 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公司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。本应用笔 记说明峰峰值分辨率与有效分辨率的区别。 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。 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。 峰峰值分辨率与有效分辨率 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。 Rev. 0 | Page 1 of 2 AN-615 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)： 据此计算有效分辨率： 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。 小结 低带宽、高分辨率ADC的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。 132.25 = 6.02N + 1.76 => N = (132.25 – 1.76)/6.02 = 21.7 BitsSNR = 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。 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： 据此计算峰峰值分辨率： 因此，在上述条件下，19个MSB中无闪烁位。 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 115.85 = 6.02N + 1.76 => N = (115.85 – 1.76)/6.02 = 19 Bits (20log((6.6 × 1.25E–6)/(2.56 × 2)) = –115.85 dB SNR = 6.02N + 1.76 = 20log(峰值噪声/满量程输入) Rev. 0 | Page 2 of 2 ©2010 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. E03252–0–1/03(0)