SAR ADC之间的性能比较和输入注意事项

佚名 发表于 2020-09-11 10:20:02 收藏 已收藏
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SAR ADC之间的性能比较和输入注意事项

佚名 发表于 2020-09-11 10:20:02
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我们继续讲解与逐次逼近寄存器 (SAR) 数模转换器 (ADC) 输入类型有关的内容。在之前的部分中,我研究了输入注意事项和SAR ADC之间的性能比较。在这篇帖子中,我们将看一看造成SAR ADC内总谐波失真 (THD) 的源头,以及他在不同的输入类型间有什么不一样的地方。

THD影响

让我们首先看看谐波失真是如何被引入的。本质上来说,转换器是一个非线性系统。如果系统完全线性,输入“x”将在输出上以线性的形式表现为“mx+c”。然而,由于采样和转换电容器的非线性运行方式,以及量化,当一个信号“x”流经非线性系统时,ADC在其输出上引入DC和高阶误差项(x2,x3等)。

SAR ADC之间的性能比较输入和注意事项

当你查看频域内的输出时,每个高阶误差项(x2,x3等)会导致尖峰脉冲。这些尖峰脉冲是信号频率的整数倍,并被成为谐波。

可以通过基本三角函数来非常直观的理解这一点。输入信号的傅里叶展开由正弦和余弦项 (sin (2π?t), cos (2π?t)) 的求和组成。当这样一个信号流经非线性ADC时,除了基频,输出将由DC分量 (a0) 和其他高阶误差项(x2, x3→ sin2(2π?t), cos2(2π?t), sin3(2π?t), cos3(2π?t) 等)组成。让我们来看一看针对几个高阶项的三角函数展开式。

如表1中所示,每个高阶项将导致输出上的尖峰脉冲。而这些尖峰脉冲的频率表现为基频的整数倍。对于其他诸如x4, x5等的高阶项也是如此。正是这些分量的幂引入了谐波失真。

一个ADC的THD代表输出上生成的谐波分量(通常为前九个)幅值与基波信号幅值间的关系。计算方法为:

通常情况下,差分输入SAR比单端SAR具有更佳的THD。。。这是为什么呢?现在让我们来看一看非线性ADC输出上的信号的数学展开式,来了解其运行方式。

在单端SAR中,由于非线性运行方式,DC偏移 (a0) 和来自高阶项(V2DIFF, V3DIFF等)的转换误差系数(a2,a3等)出现在输出上。然而,如图3所示,包括偶数幅值项(a2,a4等)在内的所有误差系数在求和节点上传播。

在使用差分SAR时,偶数幅值项的符号变为正。借助良好的共模抑制,偶数项对([a2, b2], [a4, b4],等)由于极性的变化在求和节点上互相抵消。如图3中所示,输出上的偶数项([c2= a2– b2],等)或者不存在,或者被充分降低,从而导致更佳的THD。

为了获得最佳性能,了解噪声和AC性能之间的这些差异可以帮助用户选择具有正确输入类型的SAR。这在为ADS886x系列或者为支持多个输入类型的ADC,诸如ADS8363,ADS7263或ADS7223选择输入配置时特别有用。

责任编辑:gt

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