ADC和DAC常用的56个技术术语

1、ADC 和 DAC 常用的 56 个技术术语采集时间采集时间是从释放保持状态 (由采样 -保持输入 电路执行 ) 到采样电容电压稳定至新输入值的1 LSB 范围之内所需要的时间。采集时间 (Tacq) 的公式如下：混叠根据采 样定理，超过奈奎斯特频率的输入信号频率为“混叠”频率。 也就是说，这些频率被“折叠”或复制到奈奎斯特频率附近的 其它频谱位置。为防止混叠，必须对所有有害信号进行足够 的衰减，使得 ADC 不对其进行数字化。欠采样时，混叠可 作为一种有利条件。 孔径延迟 ADC 中的孔径延迟 (tAD) 是从时钟信号的采样沿 (下图中为时钟信号的上升沿 )到发生采样时之间的时间间隔。 当

2、ADC 的跟踪 - 保持切换到保持状态时，进行采样。孔径抖 动孔径抖动 (tAJ) 是指采样与采样之间孔径延迟的变化， 如 图所示。典型的 ADC 孔径抖动值远远小于孔径延迟值。 二进制编码 (单极性 )标准二进制是一种常用于单极性信号的 编码方法。二进制码 (零至满幅 )的范围为从全 0 (00.000) 到 全 1 的正向满幅值 (11.111) 。中间值由一个 1 (MSB) 后边跟 全 0 (10.000) 表示。 该编码类似于偏移二进制编码， 后者支 持正和负双极性传递函数。 双极性输入术语“双极性”表示信号在某个基准电平上、下摆 动。单端系统中，输入通常以模拟地为基准，所以双极性信

3、 号为在地电平上、下摆动的信号。差分系统中，信号不以地 为基准，而是正输入以负输入为参考，双极性信号则指正输 入信号能够高于和低于负输入信号。共模抑制 (CMRR) 共模抑制是指器件抑制两路输入的共模信 号的能力。共模信号可以是交流或直流信号，或者两者的组 合。共模抑制比 (CMRR) 是指差分信号增益与共模信号增益 之比。 CMRR 通常以分贝 (dB) 为单位表示。串扰( Crosstalk )串扰表示每路模拟输入与其它模拟输入的 隔离程度。 对于具有多路输入通道的 ADC ，串扰指从一路模 拟输入信号耦合到另一路模拟输入的信号总量，该值通常以 分贝(dB)为单位表示；对于具有多路输出通道

4、的DAC ,串扰是指一路 DAC 输出更新时在另一路 DAC 输出端产生的噪声 总量。微分非线性 (DNL) 误差对于 ADC ，触发任意两个连续输出编 码的模拟输入电平之差应为1 LSB (DNL = 0) ，实际电平差相对于1 LSB的偏差被定义为 DNL。对于DAC，DNL误差 为连续 DAC 编码的理想与实测输出响应之差。 理想 DAC 响 应的模拟输出值应严格相差一个编码 (LSB)(DNL = 0) 。 (DNL 指标大于或等于 1LSB 保证单调性。 )(见“单调”。)数字馈通 数字馈通是指 DAC 数字控制信号变化时， 在 DAC 输出端产 生的噪声。 在下图中， DAC 输出

5、端的馈通是串行时钟信号噪 声的结果。动态范围动态范围定义为器件本底噪声至其规定 最大输出电平之间的范围，通常以 dB 表示。 ADC 的动态范 围为 ADC 能够分辨的信号幅值范围； 如果 ADC 的动态范围 为 60dB ，则其可分辨的信号幅值为 x 至 1000x 。对于通信 应用，信号强度变化范围非常大，动态范围非常重要。如果 信号太大，则会造成 ADC 输入过量程；如果信号太小，则 会被淹没在转换器的量化噪声中。有效位数 (ENOB)ENOB 表示一个 ADC 在特定输入频率和采 样率下的动态性能。理想 ADC 的误差仅包含量化噪声。当 输入频率升高时，总体噪声 (尤其是失真分量 )也

6、增大，因此 降低 ENOB 和 SINAD( 参见“信号与噪声 失真比 (SINAD) ” ) 满幅、正弦输入波形的 ENOB 由下式计算：加载 -感应输出 一种测量技术，在电路的远端点加载电压 (或电流 )，然后测 量(检测)产生的电流 (或电压 )。例如，带有集成输出放大器的 DAC 有时就包含加载 -感应输出。输出放大器可提供反相输 入用于外部连接，反馈通路必须通过外部形成闭环。 全功率带宽 (FPBW)ADC 工作时施加的模拟输入信号等于或 接近转换器的规定满幅电压。然后将输入频率提高到某个频 率，使数字转换结果的幅值降低 3dB 。该输入频率即为全功 率带宽。满幅(FS)误差满幅误差

7、为触发跳变至满幅编码的实际值与理 想模拟满幅跳变值之差。 满幅误差等于“失调误差 增益误差”， 如下图所示。 FS 增益误差 (DAC) 数/模转换器 (DAC) 的满幅增 益误差为实际与理想输出跨距之差。实际跨距为输入设置为 全1 时与输入设置为全 0时的输出之差。 所有数据转换器的 满幅增益误差都与选择用于测量增益误差的基准有关。 增益误差 ADC 或 DAC 的增益误差表示实际传递函数的斜率 与理想传递函数的斜率的匹配程度。增益误差通常表示为 LSB 或满幅范围的百分比 (%FSR) ，可通过硬件或软件校准 进行消除。增益误差等于满幅误差减去失调误差。增益误差 漂移增益误差漂移指环境温度

8、引起的增益误差变化，通常表 示为 ppm/ C。增益一致性增益一致性表示多通道 ADC 中所有通道增益的 匹配程度。为计算增益的一致性，向所有通道施加相同的输 入信号，然后记录最大的增益偏差，通常用 dB 表示。 尖峰脉冲尖峰脉冲指 MSB 跳变时在 DAC 输出端产生的电压 瞬态振荡，通常表示为 nV?s ，等于电压 -时间曲线下方的面 积。谐波周期信号的谐波为信号基频整数倍的正弦分量。 积分非线性 (INL) 误差对于数据转换器， 积分非线性 (INL) 是实 际传递函数与传递函数直线的偏差。消除失调误差和增益误 差后，该直线为最佳拟合直线或传递函数端点之间的直线。 INL 往往被称为“相

9、对精度”。互调失真 (IMD)IMD 是指由于电 路或器件的非线性产生的原始信号中并不存在的新频率分 量的现象。 IMD 包括谐波失真和双音失真。测量时，将其作为将所选交调产物 (即 IM2 至 IM5) 的总功率与两个输入信号(f1和f2)的总功率之比。2阶至5阶交调产物如下：2阶交 调产物(IM2) : fl f2、f2 - fl 阶交调产物(IM3) : 2 x fl - f2、2 x f2 - fl、2 x fl f2、2 x f2 fl 阶交调产物(IM4) :3 x fl - f2、3 x f2 - fl、3 x fl f2、3 x f2 fl 阶交调产物(IM5) : 3 x f

10、l - 2 x f2 、 3 x f2 - 2 x f1 、 3 x f1 2 x f2 、 3 x f2 2 x f1最低有效位 (LSB) 在二进制数中， LSB 为最低加权位。 通常， LSB 为最右侧的位。 对于 ADC 或 DAC ，LSB 的权重等于转 换器的满幅电压范围除以2N，其中N为转换器的分辨率。对于12位ADC，如果满幅电压为 2.5V，则1LSB = (2.5V/212) =610 叮MSB 跳变 MSB 跳变(中间刻度点 )时， MSB 由低电平变为高 电平，其它所有数据位则由高电平变为低电平；或者 MSB 由高电平变为低电平，而其它数据位由低电平变为高电平。例如，

11、01111111 变为 10000000 即为 MSB 跳变。 MSB 跳 变往往产生最严重的开关噪声(见尖峰脉冲)。/b单调在序列中，如果对于每个 n , Pn 1总是大于或等于 Pn，则说该 序列单调增大；类似地，如果对于每个 n， Pn 1 总是小于或 等于Pn，则说该序列单调减小。对于DAC，如果模拟输出总是随 DAC 编码输入的增大而增大， 则说该 DAC 是单调的； 对于 ADC ，如果数字输出编码总是随模拟输入的增大而增大， 则说该 ADC 是单调的。如果转换器的 DNL 误差不大于 1LSB,则能够保证单调。最高有效位 (MSB) 在二进制数中， MSB 为最高加权位。 通常，

12、 MSB 为最左侧的位。乘法 DAC (MDAC) 乘法 DAC 允许将交流信号施加至基准输 入。通过将感兴趣的信号连接至基准输入，并利用 DAC 编 码缩放信号， DAC 可用作数字衰减器。 无丢失编码当斜线上升信号施加至 ADC 的模拟输入端时， 如果 ADC 产生所有可能的数字编码， 则该 ADC 无丢失编码。 奈奎斯特频率奈奎斯特定理说明： ADC 的采样率必须至少为 信号最大带宽的两倍才能无失真地完整恢复模拟信号。该最 大带宽被称为奈奎斯特频率。 偏移二进制编码偏移二进制是一种常用于双极性信号的编 码方法。在偏移二进制编码中，负向最大值(负向满幅值 )用全 0 (00.000) 表示

13、，正向最大值 ( 正向满幅值 )用全 1 (11.111) 表示。零幅由一个 1 (MSB) 后边跟全 0 (10.000) 表示。 该方法与标准二进制类似， 后者常用于单极性信号 ( 参 见二进制编码，单极性 )。失调误差 (双极性 )双极性转换器失调误差的测量与单极性转 换器失调误差的测量类似，但在双极性传递函数的中间点测 量零幅处的误差 (参见失调误差单极性 ) 失调误差 (单极性 )失调误差常称为“零幅”误差，指在某个工作 点，实际传递函数与理想传递函数的差异。对于理想数据转 换器，第一次跳变发生在零点以上 0.5LSB 处。对于 ADC ， 向模拟输入端施加零幅电压并增加，直到发生第

14、一次跳变； 对于 DAC ，失调误差为输入编码为全 0 时的模拟输出。 失调 误差漂移失调误差漂移指环境温度引起的失调误差变化，通 常表示为 ppm/ C。过采样对于 ADC ，如果采样模拟输入的频率远远高于奈奎斯 特频率，则称为过采样。过采样有效降低了噪底，所以提高 ADC 的动态范围。 提高动态范围又进而提高了分辨率。 过采 样是吝 ADC的基础。相位匹配相位匹配表示施加至多通道 ADC 所有通道的完全 相同信号的相位匹配程度。相位匹配指所有通道中的最大相 位偏移，通常用度表示。电源抑制比 (PSRR) 电源抑制比 (PSRR) 指电源电压变化与满 幅误差变化之比，以 dB 表示。量化误差

15、对于 ADC ，量化误差定义为实际模拟输入与表示该 值的数字编码之间的差异 (参见“量化” ) 。比例测量施加至 ADC 电压基准输入的电压不是恒定电压， 而是与施加至变送器 (即负载单元或电桥 )的信号成比例。这 种类型的测量称为比例测量，它消除了基准电压变化引起的 所有误差。下图中使用电阻桥的方法就是比例测量的一个例 子。分辨率 ADC 分辨率为用于表示模拟输入信号的位数。为了更准确地复现模拟信号，就必须提高分辨率。使用较高 分辨率的 ADC 也降低量化误差。对于 DAC ，分辨率与此类 似：DAC的分辨率越高，增大编码时在模拟输出端产生的步 进越小。有效值 （RMS） 交流波形的 RMS

16、 值为有效直流值或该信号的 等效直流信号。计算交流波形的 RMS 值时，先对交流波形 进行平方以及时间平均， 然后取其平方根。 对于正弦波， RMS 值为峰值的 2/2 （ 或 0.707） 倍，也就是峰 -峰值的 0.354 倍。 采样率 / 频率采样率或采样频率以“采样 / 秒” （sps） 表示，指 ADC 采集 （采样 ）模拟输入的速率。对于每次转换执行一次采 样的ADC（如SAR、Flash ADC 或流水线型 ADC），采样速 率也指吞吐率。对于2- ADC,采样率一般远远高于数据输 出频率。建立时间对于 DAC ，建立时间是从更新 （改变 ）其输出值的命 令到输出达到最终值 （在

17、规定百分比之内 ）之间的时间间隔。 建立时间受输出放大器的摆率和放大器振铃及信号过冲总 量的影响。对于 ADC ，采样电容电压稳定至 1 LSB 所需的 时间小于转换器的捕获时间至关重要。信纳比 （SINAD）SINAD 是正弦波 （ADC 的输入，或 DAC 恢复 的输出 ）的 RMS 值与转换器噪声加失真 （无正弦波 ）的 RMS 值之比。 RMS 噪声加失真包括奈奎斯特频率以下除基波和 直流失调以外的所有频谱成分。 SINAD 通常表示为 dB。信噪比 （SNR） 信噪比 （SNR） 是给定时间点有用信号幅度与噪 声幅度之比，该值越大越好。对于由数字采样完美重构的波 形，理论上的最大 S

18、NR 为满幅模拟输入 (RMS 值 )与 RMS 量化误差 (剩余误差 )之比。理想情况下，理论上的最小 ADC 噪声仅包含量化误差，并直接由 ADC 的分辨率 (N 位 )确定： (除量化噪声外，实际 ADC 也产生热噪声、基准噪声、时钟 抖动等。 ) 带符号二进制编码带符号二进制编码方法中， MSB 表示二进 制数的符号 (正或负 )。所以，-2 的 8 位表示法为 10000010 ， 2 的表示法为 00000010 。摆率摆率是 DAC 输出变化的最大速率，或者不会造成 ADC 数字输出错误的输入变化的最大速率。对于带有输出放大器 的 DAC ，规定摆率通常是放大器的摆率。小信号带宽

19、 (SSBW) 为测量小信号带宽， 向 ADC 施加一个幅 值足够小的模拟输入信号，其摆率不会限制 ADC 的性能。 然后，扫描输入频率，直到数字转换结果的幅值降低 3dB 。 小信号带宽往往受限于相关采样 -保持放大器的性能。 无杂散动态范围 (SFDR) 无杂散动态范围 (SFDR) 是基波 (信 号成分最大值 )RMS 幅值与第二大杂散成份 (不包含直流失 调)的 RMS 值之比。 SFDR 以相对于载波的分贝 (dBc) 表示。 总谐波失真 (THD)THD 测量信号的失真成分，用相对于基波 的分贝 (dB) 表示。对于 ADC ，总谐波失真 (THD) 是所选输入 信号谐波的 RMS 之和与基波之比。测量时，只有在奈奎斯 特限值之内的谐波被包含在内。