九种经常被忽视的ADC规格

模数转换器（ADC）有许多规格;对于给定的应用程序，有些比其他应用程序更重要。了解这些规格并控制影响ADC的外部器件将带来更好的性能。

由于有如此多的模数转换器（ADC），总是很难知道哪种转换器适合给定的应用。数据手册经常使问题混淆，许多规格以意想不到的方式影响性能。

在选择转换器时，工程师通常只考虑分辨率、信噪比（SNR）或谐波。虽然这些很重要，但其他规格可能同样重要。

分辨率

分辨率，也许是最容易被误解的规范是指输出位数，但没有提供有关性能的有用信息。一些数据手册列出了有效位数（ENOB），它使用实际SNR测量来计算转换器的有效性。转换器性能的一个更有用的指标是以dBm/Hz或nV/√Hz为单位的噪声频谱密度（NSD）。NSD可以通过了解采样速率、输入范围、SNR和输入阻抗（dBm/Hz）来计算。一旦知道这些，就可以选择一个转换器来匹配前端电路的模拟性能。这是选择ADC的更好方法，而不是简单地说明分辨率。

许多用户还担心杂散和谐波性能。这些与分辨率无关，但转换器设计人员通常会调整其设计，使谐波与分辨率一致。

电源抑制

电源抑制（PSR）测量电源纹波如何耦合到ADC输入以出现在其数字输出上。在PSR有限的情况下，电源线上的噪声将仅抑制在输入电平以下30 dB至50 dB。

通常，电源上的无用信号相对于转换器的输入范围。例如，如果电源上的噪声为20 mV rms，转换器输入范围为0.7 V rms，则输入端的噪声为–31 dBFS。如果转换器的PSR为30 dB，相干噪声将在输出中显示为–61 dBFS谱线。PSR对于确定电源需要多少滤波和去耦非常重要。PSR在高噪声环境中非常重要，例如医疗或工业应用，或者DC-DC转换器可用于实现高功率效率。

共模抑制

共模抑制（CMR）在存在共模信号的情况下测量感应差模信号。许多ADC采用差分输入来提供对共模信号的高抗扰度，并且差分输入结构自然会抑制偶数阶失真产物。

与PSR一样，共模信号可能由电源纹波、接地层感应的高功率信号、通过混频器和RF滤波器的RF泄漏以及存在高电场和磁场的应用引起。虽然许多转换器没有指定CMR，但它们的CMR通常为50 dB至80 dB。

时钟压摆率

时钟压摆率是实现额定性能所需的最小压摆率。大多数转换器在时钟缓冲器上具有足够的增益，以确保采样时刻得到很好的定义，但如果压摆率足够慢，导致采样矩的高度不确定性，则会产生过多的噪声。如果指定了最小输入压摆率，则用户应满足该要求，以确保额定噪声性能。

孔径抖动

孔径抖动是ADC不确定的内部时钟。ADC的噪声性能受内部和外部时钟抖动的限制。

在典型的数据手册中，孔径抖动仅适用于转换器。外部孔径抖动与内部孔径抖动以均方根方式求和。对于低频应用，抖动可能并不重要，但随着模拟频率的增加，抖动引起的噪声变得越来越受到关注。未能使用足够的时钟将导致性能低于预期。

除了时钟抖动引起的噪声增加外，时钟信号中与时钟不谐波相关的谱线在数字化输出上也会显示为失真。因此，时钟信号应具有尽可能高的频谱纯度。有关孔径抖动影响的更多详细信息，请参见ADI公司应用笔记AN-501和AN-756。

光圈延迟

孔径延迟是应用采样信号与输入信号实际采样之间的时间延迟。这个时间（通常为纳秒或更短）可能是正数、负数甚至零。除非知道确切的采样时刻很重要，否则孔径延迟并不重要。

转换时间和转换延迟

转换时间和转换延迟是两个密切相关的规范。转换时间通常适用于逐次逼近转换器（SAR），其中使用高时钟速率来处理输入信号，输入信号出现在输出上的时间比转换命令晚得多，但在下一个转换命令之前。转换命令和转换完成之间的时间是转换时间。

转换延迟通常应用于流水线转换器。用于产生数字输出的流水线（内部数字级）数量的度量，通常以流水线延迟表示。实际转换时间可以通过将此数字乘以应用中使用的采样周期来计算。

起床时间

为了在注重功耗的应用中节省功耗，该器件通常在相对废弃期间关断。虽然这确实可以节省大量功耗，但内部基准电压源稳定和在器件重新打开时恢复内部时钟功能所需的时间有限。在此期间，生成的转化数据将不符合规范。

输出加载

与所有数字输出器件一样，ADC（尤其是CMOS输出器件）规定了输出驱动能力。虽然出于可靠性原因了解这一点很重要，但最佳性能通常会在低于全驱动能力的情况下发生。

在高性能应用中，重要的是最小化输出负载，并提供适当的去耦和优化布局，以最小化电源上的压降。为了避免这些问题，许多转换器提供LVDS输出。由于LVDS是对称的，因此开关电流减小，整体性能得到改善。如果可用，应使用LVDS输出以确保最佳性能。

Monotonicity

非单调转换器是指数字代码在斜率符号中表现出局部变化的转换器。因此，对于不断增加的模拟输入，数字输出表现出从正到负再回到正的局部斜率变化。对于交流性能很重要的应用，非单调行为可能不会引起问题。但是，对于ADC是闭环一部分的应用，这种行为通常会导致环路不稳定和性能不佳。对于此类应用，应仔细选择转换器，以确保其具有单调性能。

未指定的条件

一个至关重要的未指定项目是PCB布局.虽然可以指定的内容很少，但它会显著影响转换器性能。例如，如果应用未能包含足够的去耦电容，则会出现过多的电源噪声。由于PSR有限，电源上的噪声会耦合到模拟输入中，并破坏数字输出频谱，如图1所示。

图1.带上限的性能（左）和带有限上限的性能（右）

审核编辑：郭婷