工程師詳解：ENOB與有效分辨率的區(qū)別

您可能知道，有效位數(shù)(ENOB)和有效分辨率都是與ADC分辨率有關(guān)的參數(shù)。理解它們的區(qū)別并確定哪個(gè)更具相關(guān)性，是令A(yù)DC用戶與應(yīng)用工程師等極為困惑的問題，經(jīng)常因此發(fā)生爭(zhēng)論。

您認(rèn)為哪個(gè)更重要?

ADC的分辨率位數(shù)(N)可決定ADC的動(dòng)態(tài)范圍(DR)，其代表ADC可測(cè)量的輸入信號(hào)等級(jí)范圍，通常以[dB]為單位。DR可定義為：

請(qǐng)注意，由于信號(hào)在給定時(shí)間視窗內(nèi)的RMS幅值取決于信號(hào)幅值在該時(shí)間視窗內(nèi)如何變化，因此ADC的DR變化取決于輸入信號(hào)特征。對(duì)于其滿量程范圍(FSR)內(nèi)的恒定DC輸入而言，理想的N位ADC可分別測(cè)量FSR和FSR/2N的最大及最小RMS幅值。因此，ADC的DR為：

同理，對(duì)于幅值隨ADCFSR變化而變化的正弦波信號(hào)輸入而言，理想的N位ADC可測(cè)量(FSR/2)/√2的最大RMS幅值。正弦波輸入信號(hào)的最小可測(cè)量RMS幅值受量化誤差的限制，其近似于幅值為半個(gè)LSB或FSR/2N+1的鋸齒波。幅值A(chǔ)的鋸齒波RMS幅值為A/√3。因此，正弦波輸入信號(hào)的理想ADC的DR是：

真正的ADC具有可降低DR的誤差。事實(shí)上，根據(jù)輸入信號(hào)特征的不同，在輸入信號(hào)接近其最小值時(shí)，ADC輸出有不同類型的誤差占主導(dǎo)地位。

對(duì)于恒定DC輸入而言，ADC的輸出誤差主要取決于所謂的“過渡”噪聲，其包含ADC、ADC驅(qū)動(dòng)器以及電源等組件的固有寬帶散熱噪聲。如果ADC不存在較大的線性(DNL)問題，過渡噪聲可在ADC輸出端產(chǎn)生一個(gè)近似高斯代碼分布。

圖1：恒定DC輸入的ADC輸出代碼直方圖

本直方圖的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差(σHISTO)相當(dāng)于過渡噪聲的RMS值。在σHISTO>1LSB時(shí)，ADC的DCDR就會(huì)減小至：

將(2)和(4)組合起來，可重新計(jì)算出降低的分辨率或有效分辨率：

同理，對(duì)于時(shí)間變化的輸入而言，ADC的輸出包含動(dòng)態(tài)誤差(即量化噪聲與失真)以及可降低DR的過渡噪聲。改變后的DR通常被稱為SINAD，重新計(jì)算的ADC分辨率被稱為ENOB。因此：

總之，給定ADC可能具有不同的DR和分辨率，主要取決于輸入是AC還是DC信號(hào)。因此，ADC分辨率有單獨(dú)的衡量指標(biāo)，其對(duì)應(yīng)于不同的輸入條件，即ENOB對(duì)應(yīng)于AC輸入，有效分辨率對(duì)應(yīng)于DC輸入。確定哪種更適合自然取決于您的應(yīng)用。