無噪聲分辨率

　　無噪聲分辨率采用峰-峰電壓噪聲，而非RMS噪聲。無噪聲分辨率由下式定義，單位也為位：

　　無噪聲分辨率= log2 ［滿幅輸入電壓范圍/ADC峰-峰噪聲］

　　無噪聲分辨率= log2 ［VIN/VP-P NOISE］。

　　無噪聲分辨率有時候也稱為無閃爍分辨率。以實驗室中的51/2或61/2數(shù)字多用表為例考慮這一指標(biāo)。如果顯示屏上的最后一位穩(wěn)定且無閃爍，數(shù)據(jù)輸出字則優(yōu)于系統(tǒng)的噪聲水平。

　　以波峰因子6.6為例，峰-峰噪聲為RMS噪聲的6.6倍。因此，有效分辨率比無噪聲分辨率高2.7位。采用以上相同的噪聲和參考值，無噪聲分辨率為18.9位。

　　無噪聲計數(shù)

　　無噪聲計數(shù)是高精度系統(tǒng)的另一指標(biāo)，用于評估ADC性能。對于那些可能需要50，000個無噪聲計數(shù)的應(yīng)用，例如電子秤，尤其如此。可將無噪聲分辨率乘以系數(shù)2N，通過轉(zhuǎn)換計算得到該值。

　　以10位ADC為例。采用210，理想10位ADC的無噪聲計數(shù)為1，024。理想12位ADC的無噪聲字?jǐn)?shù)為4，096。同理，采用以上相同的無噪聲分辨率，得到的無噪聲計數(shù)為218.9或489，178。

　　Δ-ΣADC過采樣

　　Δ-ΣADC的優(yōu)勢之一是其過采樣架構(gòu)。這意味著內(nèi)部振蕩器/時鐘的工作頻率遠(yuǎn)高于輸出數(shù)據(jù)速率（也稱為吞吐率）。有些Δ-ΣADC可改變輸出數(shù)據(jù)速率。這樣設(shè)計者可將采樣優(yōu)化為速度較高、噪聲性能較差；或者優(yōu)化為速度較低并帶更多濾波、噪聲整形（將噪聲移至感興趣測量區(qū)域之外的頻帶）及噪聲性能更好。許多最新的Δ-ΣADC以表格形式提供有效分辨率和無噪聲分辨率結(jié)果，很容易比較優(yōu)缺點。

　　表1所示為示例ADC在雙極性輸入模式和單極性模式下的數(shù)據(jù)率、噪聲、無噪聲分辨率（NFR）和有效分辨率。ADC為MAX11200，24位器件，能夠測量雙極性（（VREF）或單極性（0V至VREF）輸入。MAX11200工作于2.7V至3.6V單電源，基準(zhǔn)可最大偏置至電源。雙極性值基于最大輸入范圍±3.6V；單極性測量基于0V至3.6V輸入范圍。

　　MAX11200的內(nèi)部振蕩器可由軟件設(shè)置為2.4576MHz，在較低數(shù)據(jù)率下可提供60Hz抑制；或者設(shè)置為2.048MHz，在較低數(shù)據(jù)率下可提供50Hz抑制。無論哪種數(shù)據(jù)率，ADC噪聲相同。因此，無噪聲分辨率和有效分辨率值相一致。可施加外部振蕩器，實現(xiàn)55Hz限波，很好地抑制50Hz和60Hz。

　　表1中詳細(xì)列出的一項關(guān)鍵因素是雙極性有效分辨率。由于輸出數(shù)據(jù)字長度為24位，所以該指標(biāo)限制為最大24位。在3組最低數(shù)據(jù)率設(shè)置下，如果ADC在串行接口上可輸出超過24位的話，那么ADC的噪聲水平可低至使有效分辨率優(yōu)于24位。

　　有效分辨率總比無噪聲分辨率好2.7位，除非受限于數(shù)據(jù)輸出字。

　　表1. MAX11200采樣率與噪聲關(guān)系表。

　　噪聲整形和濾波，實現(xiàn)更低噪聲和更優(yōu)分辨率

　　除過采樣外，噪聲整形可使Δ-ΣADC實現(xiàn)表1所示的低噪聲和高精度。如圖1至3所示。圖1所示為標(biāo)準(zhǔn)ADC的量化噪聲。圖2給出的ADC包括過采樣、數(shù)字濾波和抽樣。采用過采樣的大部分ADC核心為Δ-Σ。過采樣N倍將噪聲延展至更寬的頻帶，而數(shù)字（sinc）濾波器濾除了相當(dāng)部分的噪聲。

　　圖1. 標(biāo)準(zhǔn)ADC噪聲性能

　　圖2. ADC采用N倍過采樣、數(shù)字濾波器和抽樣。

　　圖3給出的Δ-Σ調(diào)制器與圖2具有相同的框圖，再加上噪聲整形。通過將噪聲不均勻地移至較高頻率，感興趣頻帶內(nèi)的噪聲變得極低。這樣的技術(shù)使得Δ-Σ ADC制造商可以獲得小于1（VRMS的噪聲系數(shù)。

　　圖3. ADC采用N倍過采樣、噪聲整形、數(shù)字濾波器和抽樣。感興趣的ADC輸入頻帶內(nèi)的噪聲（綠色區(qū)域）變得非常小。

　　結(jié)論

　　Δ-ΣADC具有過采樣能力和固有的低噪聲，是需要較高分辨率系統(tǒng)設(shè)計中的極佳選擇。由于設(shè)計者必須處理更小的信號，所以充分理解ADC噪聲、有效分辨率、ENOB和無噪聲分辨率就成為選擇正確ADC方案中不可缺少的一部分。