ADC信噪比的分析及高速高分辨率ADC电路的实现

述两种内部噪声。
　　
　　上述误差和噪声的存在，导致ADC的SNR下降。下面先给出理想ADC的SNR计算公式，然后具体分析微分非线性误差DNL、孔径抖动△tj和热噪声对ADC的SNR的影响。
　　
　　1．1理想ADC的SNR
　　
　　理想ADC的量化误差g(υ)与满量程内输入信号的电压V的关系如图1所示。量化误差为在[-q/2，q/2]内均匀分布且峰-峰值等于q(q=1LSB，LSB表示理想ADC的最小量化间隔)的锯齿波信号。
　　
　　设N位ADC满量程电压为±1V，输入信号为s(t)=sinωt，则输入信号电压有效值Vs=1/√2=2N/2√2×q，量化噪声电压有效值于是得ADC输出信噪比为：
　　
　　SNR=6．02N+1．76(dB)（2）
　　
　　1．2微分非线性误差DNL
　　
　　非理想ADC的量化间隔是非等宽的，这将导致ADC器件不能完全正确地把模拟信号转化成相应的二进制码，从而造成SNR的下降；且ADC每个量化的二进制码所对应的量化间隔都不同，为便于分析，用ε(LSB)=εq表示实际量化间隔与理想量化间隔误差的有效值，并近似认为由于DNL的影响，在无失码条件(DNL<1LSB)下，量化误差均匀分布在[-上q+εq/2，q+εq/2]和[-q－εq/2，q－εq/2]内。如图1中实线所示（虚线伪理想ADC量化误差）。这样，在考虑了DNL之后的ADC量化噪声电压Vq_DNL为：
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　1．3孔径抖动△tj
　　
　　孔径时间又称孔径延迟时间，是指对ADC发出采样命令(采样时钟边沿)时刻与实际开始采样时刻之间的时间间隔。相邻两次采样的孔径时间的偏差称为孔径抖动，记作△tj。孔径抖动造成了信号的非均匀采样，引起了误差，设ADC满量程电压为±1V输入信号为s(t)=sinωt，孔径抖动有效值为σ△tj，则由孔径抖动带来的误差电压为：
　　
　　
　　
　　1．4热噪声
　　
　　这里将ADC电路中微分非线性误差DNL、孔径抖动△tj外的其它噪声都等效为ADC输入端的热噪声电压Vtn，设其有效值为σtn。
　　
　　1．5非理想ADC的SNR
　　
　　一般情况下，量化噪声、微分非线性误差DNL、孔径抖动△tj和热噪声彼此相互独立，综合芍虑这四个因素的影响，可得到ADC的SNR计算公式如下：
　　
　　
　　
　　式中，N--ADC的量化位数
　　
　　ε--ADC的实际量化间隔与理想量化间隔误差的有效值，单位LSB
　　
　　fin--ADC输入信号频率，单位Hz
　　
　　σ△tj--ADC的孑L径抖动有效值，单位s
　　
　　σtn--等效到ADC输入端的热噪声的有效值单位LSB
　　
　　对于高分辨率ADC器件，其固有量化误差、微分非线性误差DNL和器件热噪声均较小。当fin较高时，ADC电路的SNR主要取决于孔径抖动，此时有
　　
　　
　　
　　2基于AD6644AST一65的高速高分辨率ADC电路设计实例
　　
　　电路设计目标：有效位数ENOB≥10．50bit、采样率为40MSPS、输入信号频率小于15MHz，输入信号幅度为-ldBFs。该指标能满足数字仪表、高

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