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ADC/DAC設計經典問答(上)
美國國家半導體公司
摘要: 本文為ADC/DAC設計經典問答。主要介紹了小信號帶寬、共模電壓、增益誤差、微分相位誤差、全功率帶寬等基礎知識。
關鍵詞: 數據轉換 ADC模塊 DAC NS
Abstract:
Key words :

1. 什么是小信號帶寬(SSBW)?

 小信號帶寬(Small Signal Bandwidth (SSBW))是指在指定的幅值輸入信號及特定的頻率下,它的輸出幅值比低頻時的輸出幅值下降指定值時,該特定頻率為小信號帶寬。

 2. 什么是共模電壓(VCM)?

 共模電壓(Common Mode Voltage (VCM ))是差動輸入的兩個引腳上相同的直流輸入電壓。

 3. 什么是MSB(最高有效位)?

 MSB(最高有效位(Most Significant Bit)),是具有最大的值或權重的位。它的值是滿量程的一半。

 4. 什么是采樣(孔徑)延時?

 采樣(孔徑)延時(Sampling (Aperture) Delay)是時鐘輸入的后邊緣到采樣開關打開所需的時間。采樣/保持電路有效地停止輸入信號捕獲,并進入“保持”模式,確定時鐘延時后的采樣。

 5. 什么是滿量程(FS)輸入范圍?

 滿量程輸入范圍(Full Scale Input Range),是指模數轉換器上數字化的輸入電壓的輸入范圍,既不低于這個范圍也不超過這個范圍。 比如 V REF + = 3.5V 和 VREF - = 1.5V, FS = (VREF + )-(VREF - ) = 2.0V。

 6. 什么是時鐘占空比?

 時鐘占空比(Clock Duty Cycle)是時鐘波形高電平時間和一個時鐘周期總時間的比值。

 7. 什么是位的有效數(ENOB ,或有效位)?

 位的有效數(ENOB ,或有效位)(Effective Number of Bits (ENOB, 或Effective Bits))是信噪比和失真的比率,或SINAD的另一種表達方法。 ENOB定義為(SINAD -1.76)/ 6.02,這個位數(ENOB)表示轉換器是與理想的模數轉換器等效。

 8. 什么是增益誤差?

 增益誤差是在第一個代碼和最后一個代碼發生轉換時,實際輸人電壓與理想輸人電壓之差。即,這個差值是:滿量程 - 2 LSB。

 9. 許多模數轉換器在數據手冊中提供的應用,在Va, Vd 和Vref引腳上出現了三個電容。這三個電容器都是必須的嗎?

 根據特定器件和電路板的布局,一個或兩個電容可能就足夠了。較大的電容,通常是5到10?F的,提供了低阻抗大容量存儲,在轉換期間保證了電壓的穩定性。 較小值的電容器吸收較高頻率的噪音尖峰。如果印制電路板具有非常好的布局用于低噪聲工作,而且不包含一個微控制器或其他的嘈雜的數字邏輯,可能需要更少的電容器。但是為使ADC工作電平精度獲得保證,一般情況下最好是遵循數據手冊的推薦。

 10. 什么是零誤差?

 ADC雙級輸出的零誤差是理論的輸入電壓(典型的是中心值加1/2LSB)和實際輸入電壓之間的差異,這個實際輸入電壓引起了輸出從0到1的轉換。

11. 什么是輸出保持時間?

 輸出保持時間是指在輸入時鐘邊緣后輸出有效數據的時間長度。

 12. 什么是分辨率?

 分辨率是模擬增量,相當于1 LSB轉換器代碼的變化。分辨率也被定義為轉換器位數(n)的個數。數字代碼的個數等于2^n,其中“n”是位的個數。舉一個例子,一個12位轉換器模擬 信號和2 ^ 12 = 4096數字編碼的映射關系。12位模數轉換器的分辨率,是輸入電壓的滿量程除以2^12,或4096,不會引起輸出代碼超出范圍。

 13. 什么是微分相位誤差?

 微分相位誤差(Differential Phase Error)是指,小信號正弦波在兩個不同的直流(DC)輸入電平重構下,輸出相位的差。

 14. 什么是模/數轉換器的動態指標?

 模/數轉換器的動態指標(Dynamic Specifications)涉及到那些交流(AC)輸入信號。這些包括信/噪比(SNR) ,SINAD(信號噪聲+失真),ENOB(有效位數),THD(總諧波失真),IMD(互調失真) ,FPBW(全功率帶寬) ,SSBW(小信號帶寬)。

 15. 什么是互調失真(IMD)?

 互調失真(Intermodulation Distortion),是指沒有出現在輸入端,作為兩個正弦曲線的頻率同時作用于模數轉換器的輸入,而形成的額外的頻譜成分。它被定義為在互調積中的能 量和原始頻率中的總能量比值。互調失真(IMD)通常用分貝(dB)來表示。

 16. 什么是增益溫度系數(滿量程溫度系數)?

 增益溫度系數(滿量程溫度系數)是指增益誤差變化量和溫度變化量的比值。通常用每百萬分之/ 攝氏度(ppm/°C)表示 。

 17. 什么是總諧波失真(THD)?

 總諧波失真(THD),用dB或dBc表示,是指總的諧波電平( 美國國家半導體模數轉換器是9個諧波段 )和輸入信號的倍頻出現在輸出的電平。 總諧波失真(THD)計算方法如下: THD=sqrt[ ( f2xf2 + f3xf3 + f4xf4 + f5xf5 + f6xf6 + f7xf7 + f8xf8 + f9xf9 + f10xf10) / (f1xf1) ] f1是輸入信號的基頻,f2 到f10這9個諧波頻率是基頻的倍頻。

 18. 什么是零刻度偏移誤差?

 單極輸出模數轉換器的零刻度偏移誤差是指理想的輸入電壓(1/2 LSB) 和實際輸入電壓之間的差,引起輸出代碼由0到輸出代碼1的轉換。

 19. 什么是全功率帶寬(FPBW)?

 全功率帶寬(FPBW)是指滿量程輸入在重構的輸出基頻下降到3分貝時低于其低頻值的頻率。

 20. 什么LSB(最低有效位)?

 LSB(最低有效位),是指所有位中最小的值或權值。這個值是m*VREF/2 n,其中:“ m ”為主,是基準量程因子(這是最常見的單位),其中“n”是模數轉換器的分辨率。


 

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