分辨率 vs 噪声 —— ADC的挑战

设计者常用高分辨率 ADC 以降低最低可量测单位（LSB），提高检测精度。

比如一个 16 位 ADC 在 5V 范围内，LSB ≈ 76 μV；理想情况下可以检测到微弱电信号。

问题是：

若信号上的噪声幅度 > LSB，则 LSB 分辨的不是“信号”，而是“噪声”！

如果系统本底噪声是 100 μV，那么这个 76 μV LSB 就毫无意义；此时所谓“高分辨率”变成了“伪分辨率”或“无效分辨率”。

目标：噪声 ≤ ½ LSB，才有意义地体现 ADC 分辨率

理论原则：

噪声必须低于 LSB 的一半（0.5 × LSB），系统才具备该分辨率的“有效位数”。

若超过这个限制，ADC 分辨的就是“噪声波动”，而非真实信号变化。

举例计算：

假设用一个 16-bit ADC，量程 0–5V：LSB = 5 V / 2¹⁶ ≈ 76.3 μV

那么你必须将系统总噪声控制在 ≤ 38 μV（即 0.5 × LSB）。否则，这个 ADC 实际能体现的分辨率就低于 16 bit。

噪声 vs ENOB（有效位数）

系统噪声越大，ADC 实际有效位数（ENOB）越低，近似公式如下（注意，是近似）：

即便你用的是 18-bit ADC，如果噪声高，那你得到的 ENOB 可能还不到 12 位。

建议噪声控制目标（经验值）：

ADC 分辨率	理想 LSB (5V量程)	建议系统总噪声上限（RMS）
12 bit	≈ 1.22 mV	< 600 μV
14 bit	≈ 305 μV	< 150 μV
16 bit	≈ 76 μV	< 38 μV
18 bit	≈ 19 μV	< 9 μV
20 bit	≈ 4.8 μV	< 2.4 μV

注：这里的“系统总噪声”包括：传感器噪声、放大器噪声、电源噪声、ADC内部噪声。

 

若你无法将系统噪声控制到图中的推荐值以下，就不建议使用对应的高位数 ADC，因为你得不到真正的有效分辨率。

在设计高分辨率采集系统时，必须同步控制噪声：这包括传感器前端、放大器、电源、PCB布局和滤波。

原文授权自：云深之无迹  （工程师看海 ）

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