电压基准噪声对于增量-累加ADC分辨率的影响

　　你评估过一个ADC的噪声性能，并且发现测得的性能不同于器件数据表中所给出的额定性能吗？在高精度数据采集系统中实现高分辨率需要对模数转换器 （ADC） 噪声有一定的认识和了解。有必要了解数据表如何指定噪声性能，以及外部噪声源对总体系统性能的影响方式。其中的一个噪声源示例就是我的同事Ryan Andrews在他的博文，“小心！你的ADC的性能也许只和它的电源性能差不多。”中所谈到过的电源噪声。在这篇博文中，我将会看一看基准噪声如何影响增量-累加ADC中的DC噪声性能。

　　如图1所示，你可以用短接至中电源电压的正负输入来指定和测量一个ADC的DC噪声性能。通过测量这个条件下的噪声，ADC输出代码内的噪声几乎不受基准电压、基准噪声或输入信号噪声变化的影响。虽然这个测试条件相对于实际应用来说是一个过于理想的情况，它的确较好地给出了一个不受某些外部噪声源影响的ADC噪声性能。

　　

　　图1：ADC噪声性能测试（和调试）配置

　　提示：调试时，在开始其它系统噪声性能测试之前，用评估隔离式ADC噪声性能的短接输入测试来开始评估系统的噪声性能。

　　基准噪声如何影响ADC DC噪声性能

　　这个影响与ADC的基本任务相关；而ADC的基本任务就是提供一个输出代码，来表示输入信号电压与基准电压的比率。输入和基准电压都会将一个噪声项添加到这个比率中，如方程式1所示：

　　（1）

　　输入信号噪声，，对于ADC转换结果的影响是非常直接的。ADC将捕捉未被滤除掉的任何噪声—使用外部电阻-电容 （RC） 滤波器，或者增量-累加ADC的信号滤波器进行过滤。由于对于方程式1中的比率有直接影响，你可以在输出代码中进行观察。

　　提示：在评估ADC噪声性能时，由于输入信号的噪声直接影响ADC的输出结果，请确保输入信号是一个低噪声源。

　　然而，基准噪声，，对于ADC转换结果的影响并不直接，这是因为出现在分母中。当分子为零时（就与ADC输入被短接的情况一样），这个比率始终为零，而项将不会影响比率。当分子与分母大体相等时，将会对比率有很大的影响。当比率介于0和1之间时，的影响由比率值来衡量。图2显示的是得出的特性运行方式。

　　

　　图2：ADC和基准噪声与输入电压之间的关系

　　当通过使用均方根增加的方法将基准噪声添加到ADC的噪声中时，这个组合噪声是输入电压的函数，它会在正或负输入电压变大时增加。在图2中的曲线上，有几个点需要注意：

　　点A，这是用ADC数据表中给出的短接输入测得的ADC噪声。

　　点B，这是总带宽限制基准噪声，通常受到ADC数字滤波器带宽的限制。

　　如果你知道针对噪声源的噪声频谱密度和噪声带宽的话，你就能够计算出基准噪声（点B）；否则的话，将一个满量程电压输入施加到ADC上，并且测量噪声性能，这样通常能够获得一个比较好的基准噪声测量值。