概要

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     用于定量表示 ADC 动态性能的常用指标有六个，分别是：SINAD（信纳比）、ENOB （有效位数）、SNR（信噪比）、THD（总谐波失真）、THD+N（总谐波失真加噪声） 和 SFDR（无杂散动态范围）。对于这些指标，虽然大部分 ADC 制造商采用相同的定 义，但也存在一些例外。比较 ADC 时，这些指标非常重要，因此不仅要了解各指标反 映哪一方面性能，而且要明白它们之间的关系。

整体架构流程

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    有多种方法可以量化 ADC 的失真和噪声，但所有方法均基于一种使用一般化测试设置 的 FFT 分析，例如图 1 所示的设置。

 

技术名词解释

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ADC:
      模拟数字转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小

技术细节

     FFT 的频谱输出是频域中连续的 M/2 个点（M 为 FFT 的大小，即缓冲存储器中存储的 采样点数）。两点之间的间隔为 fs/M，覆盖的总频率范围为 DC 至 fs/2，其中 fs为采 样速率。各频率“仓”的宽度（有时也称为 FFT 的“分辨率”）为 fs/M。图 2 所示为 使用 ADI 公司 ADIsimADC®程序得到的一个理想 12 位 ADC 的 FFT 输出。注意，FFT 的理论噪底等于理论 SNR 加上 FFT“处理增益”10×log(M/2)。必须记住，用于计算 SNR 的噪声值是分布于整个奈奎斯特带宽（DC 至 fs/2）的噪声，而 FFT 用作一个带 宽为 fs/M 的窄带频谱分析仪，它扫描整个频谱，其结果是将噪声下推一个与处理增益 相等的量，该效应与模拟频谱分析仪的带宽窄化相同。 图 2 所示的 FFT 数据代表 5 次独立 FFT 的平均值。注意，求多次 FFT 的平均值不会 影响平均噪底，只会“熨平”各频率仓所含幅度的随机变化的作用。

 FFT 输出可以像模拟频谱分析仪一样用来测量各次谐波的幅度和数字化信号的噪声成 分。输入信号的谐波可以通过其在频谱中的位置与其它失真积相区别。图 3 显示了一 个以 20MSPS 速率进行采样的 7MHz 输入信号及前 9 次谐波的位置。fa的混叠谐波处于|±Kfs±nfa|的频率位置，其中 n 为谐波的次数，K=0,1,2,3,....。数据手册一般仅说明 二次和三次谐波，因为这些谐波往往是最大的，但也有一些数据手册说明了最差谐 波的值。 谐波失真通常用 dBc（低于载波的分贝数）来表示，不过音频应用可能会用百分比来 表示，它指的是信号均方根值与相关谐波的均方根值之比。谐波失真一般用接近满量 程的输入信号（一般比满量程低 0.5-1dB 以防止箝位）来规定，但也可以用任何电平 来规定。对于远低于满量程的信号，转换器微分非线性(DNL)引起的其它失真积——非 直接谐波——可能会限制性能。

 

小结

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总谐波失真(THD)指的是基波信号的均方根值与其谐波（一般仅前 5 次谐波比较重要） 的和方根的平均值之比。ADC 的 THD 虽然可以用任何电平来规定，但是一般也用接近 满量程的输入信号来规定。 总谐波失真加噪声(THD)指的是基波信号的均方根值与其谐波加上所有噪声成分（直流 除外）的和方根的平均值之比。必须说明噪声测量的带宽。对于 FFT，带宽为 DC 至fs/2。如果测量带宽为 DC 至 fs/2（奈奎斯特带宽），则 THD+N 等于下文所述的 SINAD。 不过应注意，在音频应用中，测量带宽不一定是奈奎斯特带宽。 无杂散动态范围(SFDR)指的是信号的均方根值与最差杂散信号（无论它位于频谱中何 处）的均方根值之比。最差杂散可能是原始信号的谐波，也可能不是。在通信系统中， SFDR 是一项重要指标，因为它代表了可以与大干扰信号（阻塞信号）相区别的最小 信号值。SFDR 可以相对于满量程(dBFS)或实际信号幅度(dBc)来规定。图 4 以图形化 方式说明了 SFDR 的定义。