技术干货 A /D转换器关键性能参数解析：从静态指标到动态特性

在现代电子系统中，模数转换器（A/D转换器）作为模拟信号与数字信号之间的关键桥梁，其性能直接影响系统的精度、速度和可靠性。为了深入理解A/D转换器的性能表现，工程师需要掌握一系列关键特性参数，包括静态指标（如线性度、偏移误差、增益误差）和动态指标（如信噪比、谐波失真、动态范围）。这些参数不仅决定了转换器的基本精度，还影响着系统在高频、高速或高精度应用中的表现。

本文系统性地整理了A/D转换器的核心特性术语，从孔径延迟、抖动等时序参数，到微分非线性（DNL）、积分非线性（INL）等线性度指标，再到信噪比（SNR）、总谐波失真（THD）等动态性能参数，逐一解析其定义、测试方法及对实际应用的影响。

1、孔径延迟

时钟有效边沿之后，到输入信号被采集或保持以进行转换的时间。

2、孔径抖动

要开始突发测量，请从菜单栏中选择“burst”。

3、（转换）延迟或流水线延迟

启动一次转换到第一个转换数据出现在输出端之间的时钟周期数。每个采样数据在流水线延迟加上采样后的输出延迟后可用。

4、转换时间

完成一次转换所需的时间。转换时间不包括采集时间、多路复用器的设置时间或其他元件时间，因此转换时间可能小于 “吞吐时间”。

5、端点线与最佳拟合线

●端点线：连接第一个和最后一个转换点的直线，仅使用首尾两点计算参考线，端点误差图的首尾点始终为零。

●最佳拟合线：使用所有转换点，通过最小二乘法线性回归拟合的直线，使误差分布对称，更能反映整体线性度。

6、直流共模误差

差分输入模数转换的指标，指两个输入端施加相同电压时输出码的变化。

7、微分增益误差

当施加给定幅度的高频正弦波时，不同直流输入电平下输出电平的差异（以 % 表示）。

8、微分非线性误差（DNL/DNLE）

实际模拟输入信号对应码增量的1LSB台阶与理想1LSB台阶的最大偏差。

●意义：静态指标，与动态指标信噪比（SNR）相关。DNL偏离零越大，SNR可能越差，但无法直接通过DNL预测噪声性能。

9、微分相位误差

两个不同直流输入电平下，重构的小信号正弦波输出相位的差异。

10、满量程误差

最后一个转换点与理想转换点的误差，等于增益误差与偏移误差之和。

11、增益误差

满量程误差减去偏移误差，反映参考线（端点或最佳拟合线）斜率与理想传输特性斜率的偏差。

计算公式：(N−1)/a−(N−1)，其中N为转换点数，a为参考线斜率。

12、积分非线性误差（INL/INLE）

传输特性与参考线（端点线或最佳拟合线）的偏离，不包含量化误差、偏移误差和增益误差，是衡量传输函数直线度的指标，可能大于微分非线性误差。

●意义：静态指标，与动态指标总谐波失真（THD）相关。INL偏离零越大，THD可能越差，但无法直接通过INL预测失真性能。

13、丢失码

理想情况下应出现的输出码在实际转换中未出现的现象。

14、非单调性

输入电压单调增加时，输出码非单调变化的现象（如码值先增后减）。

15、偏移误差

第一个转换点与理想转换点的误差（端点计算）。对于最佳拟合线，偏移误差为最佳拟合参考线与理想传输线的偏移量。

16、量化误差

模数转换器输出在1LSB范围内保持不变，导致输入电压在台阶内变化时产生的误差。

●范围：理想情况下为0到1LSB；若采用半LSB偏移，误差范围为−1/2LSB 到+1/2LSB。

17、信噪失真比（SINAD）

信号（或载波）功率与采样频率一半以下所有其他频谱分量（不含直流）功率的比值。

18、信噪比（SNR）

输出信号幅度与输出噪声电平（不含谐波和直流）的比值。

●影响因素：

a.量化噪声：分辨率越高，LSB越小，量化噪声越低；

b.转换器自身噪声；

c.应用电路噪声；

d.抖动：高频下抖动影响增大，导致 SNR 下降。

●理论公式：全量程正弦波输入时，SNR=20×log(2n−1×6)≈6.02n+1.76dB（n为分辨率）。

19、无杂散动态范围（SFDR）

信号功率与频谱中最高杂散信号功率的分贝差。

20、总谐波失真（THD）

信号（或载波）功率与谐波频谱分量（载波倍数频率）功率的比值，TS-ATX7006默认计算7次谐波（可调整）。

21、总未调整误差（TUE）

包含线性度误差、增益误差和偏移误差的综合指标，反映与理想器件性能的最坏情况偏差。

审核编辑 黄宇