高速模数转换器

<strong>作者：Rob Reeder，ADI公司</strong>

模数转换器(亦称为ADC)广泛用于各种应用中，尤其是需要处理模拟传感器信号的测量系统，比如测量压力、流量、速度和温度的数据采集系统(仅举数例)。一般而言，这些信号属于时域签名，以脉冲或阶跃函数的形式出现。

在任何设计中，理解这些类型应用的总系统精度始终都是非常重要的，尤其是那些需要对波形中极小的灵敏度和变化进行量化的系统。理想情况下，施加于信号链输入端的每一个伏特都由ADC以数字表示一个伏特的输出。但是，事实并非如此。所有转换器和信号链都存在与此相关的有限数量误差。

本文描述与模数转换器本身相关的误差。本文还将揭示转换器内部的不精确性累积到何种程度即会导致这些误差。定义新设计的系统参数时，若测量精度极为重要，那么这些内容对于理解如何正确指定一个ADC有着重要作用。最后，本文将讨论一个简单的误差分析，帮助为设计选择正确的转换器。

<strong>Rob Reeder 系统应用工程师 ADI公司</strong>

在任何设计中，信号链精度分析都可能是一项非常重要的任务，必须充分了解。在本系列的第二部分中，我们讨论了在整个信号链累积起来并且最终会影响到转换器的多种误差。请记住，转换器是信号链的瓶颈，最终决定着信号的表示精度。因此，转换器的选择是设定系统整体要求的关键。在本文中，我们将以上述认识为基础，重点分析可能在给定信号链中累积的直流误差的类型。

在信号链中，可能会累积的误差有两类——即直流和交流误差。直流或静态误差(如增益和失调误差)有助于了解信号链的精度或灵敏度。交流类误差也称为噪声和失真，限制着系统的性能和动态范围。这两类误差都需要了解，因为二者最终决定着系统的分辨率。

本文将专门分析直流误差，根据其与无源和有源器件的关系，对每种不精确性进行细分。同时还将制作一份矩阵或电子表格，用以展示如何用不同的方法在信号中添加或累积误差。若要了解交流误差，请看参考文献10和11。在此，通过回顾有关噪声的基本知识(如带宽总和、从交流角度看误差累积等)，可以确定模拟信号链设计的总信噪比。

<strong>信号链知识回顾</strong>

<strong>Rob Reeder 系统应用工程师 ADI公司</strong>

在第一部分中，我们讨论了一般静态模数转换器的不精确性误差和涉及带宽的ADC不精确性误差。希望这些内容有助于加深读者对ADC误差以及这些误差如何影响信号链的理解。基于此，要记住的是，并非所有组件都是一样的——有源和无源器件均是如此，因此，无论系统最终选择了什么器件，模拟信号链中都会存在误差。

本文将描述精度、分辨率和动态范围之间的差异。本文还将揭示信号链内部的不精确性是如何累积并导致误差的。定义新设计的系统参数时，这些内容对于理解如何正确指定或选择一个ADC有着重要作用。

<strong>精度、分辨率与动态范围</strong>

许多转换器用户似乎在互换使用精度和分辨率这两个术语，但这种做法是错误的。精度和分辨率这两个术语并不相等，但是具有相关性，所以，不应互换使用。可以把精度和分辨率视为堂兄妹，但不是双胞胎。

精度就是误差，或者说测量值偏离真值的幅度。精度误差可以称为灵敏度错误。分辨率就是测得值的表示或显示精细度。即使系统的分辨率为12位，也并不意味着它能测量精度为12位的值。