传统ADC主要指标：SFDR、SNR、SNDR、ENOB

大家好，我是讯享网，很高兴认识大家。

此文摘抄自Xlinx WP509《理解 RF 采样数据转换器的关键参数》

无杂散动态范围 (SFDR)

无杂散动态范围 (SFDR) 常用于衡量数据转换器在杂散分量干扰基本信号或导致基本信号失真之前可用的动态范围。SFDR 的定义是基本正弦波信号均方根 (RMS) 值与从 0Hz (DC) 到二分之一数据转换器采样速率(如 fs/2) 范围内测得的输出峰值杂散信号均方根值之比。峰值杂散分量可以是谐波关系，也可以是非谐波关系。
SFDR 可以使用下列方程计算：
$SFDR_{(dBc)} = 20lg(\frac{Funfamental \ Amplitude(RMS)}{Largest\ Spur \ Amplitude(RMS)})$
或者， $SFDR_{(dBc)} = 基本信号幅度 – 最大杂散幅度$

数据转换器的 SFDR 常常受输入信号的二次或三次谐波限制，但通过精心设计滤波器和优化频率分配，一般可避免二次谐波 (HD2) 和/或三次谐波 (HD3)，大幅提高 SFDR。

信噪比 (SNR)

信噪比 (SNR) 是一般用来量化数据转换器内噪声的参数。它是输入信号功率与噪声功率的比值，一般使用dB 作为单位。类似地，SNR 也能使用信号幅度和噪声幅度的 RMS 值衡量，如：
$SFDR_{(dBc)} = \frac{Power_{signal}}{Power_{noise}}=(\frac{Amplitude_{signal}(RMS)}{Amplitude_{noise}(RMS)})^2=20lg( \frac{V_{in}(RMS)}{V_Q(RMS)})$
由于采样抖动，信噪比在较高频率下一般会劣化。噪声来自于三个源头：

量化噪声
ADC 热噪声
抖动或采样不确定噪声(采样时钟抖动)

在满刻度正弦波输入条件下，ADC 的理论最高 SNR 从量化噪声推导而得。在奈奎斯特带宽上，信噪比还有另一个表达式： $S N R = 6.02 N + 1.76 d B$

这里 N 是理想 ADC 的位数。该公式体现的是对于理想的 N 位数据转换器（不考虑谐波失真）的正弦波输入，整个奈奎斯特带宽上能达到的** SNR。此外，数据转换器的 SNR 也受到自身热噪声和采样时钟相位噪声的限制。当输入信号带宽低于奈奎斯特速率时，SNR 可以得到改善。

讯享网

信噪失真比 (SNDR)

信噪失真比（也称为 SINAD）指输入正弦波时，RMS 信号功率与 (a) 总噪声功率和 (b) 输出端（不含 DC）的所有其他频率分量功率加上所有其他谐波分量功率的 RMS 和的比值。

SNDR 是用于衡量数据转换器的动态性能的关键参数之一，因为 SNDR 包含奈奎斯特带宽上的所有噪声和杂散。SNDR 说明的是输入信号的质量；SNDR 越大，输入功率中的噪声和杂散比率越小。SNDR 的表达式为：
$10lg(\frac{P_{Signal}}{P_{Noise}+P_{Distortion}})$
其中，信号功率是有用信号、噪声和失真分量的平均功率是无用信号。SNDR 一般使用的单位有分贝 (dB)、相对于载波分贝 (dBc) 或满刻度分贝 (dBFS)。
SNDR 也有另一个表达式：
$20lg(\sqrt{10^{\frac{-SNR}{10}}+10^{\frac{THD}{10}}})$
SNDR 是 SNR 规格和 THD 规格的综合，因此，SNDR 将所有不良频率分量与输入频率做比较，从而从总体上衡量数据转换器的动态性能。

有效位数 (ENOB)

有效位数 (ENOB) 是用于衡量数据转换器相对于输入信号在奈奎斯特带宽上的转换质量（以位为单位）的参数。ENOB 假定转换器是拥有理论上完美性能的转换器。完美数据转换器绝对不发生失真，唯一产生的噪声是量化噪声，所以SNDR=SNR(dBFS) = 6.02N + 1.76。因此，ENOB也是指定SNDR 的另一种表达方式：
$ENOB(N)=\frac{SNDR(dBFS) – 1.76}{6.02} =$
其中 SNDR(dBFS) 假定满刻度输入信号。

然而，对于非理想数据转换器而言，SNDR 和 ENOB 会发生劣化，包含噪声和其他缺陷，例如器件热噪声、输出代码缺失、谐波、AC/DC 非线性、增益/偏移误差和孔径时钟相噪或抖动。外部偏置基准源和电源轨上的噪声也会降低 ENOB。

此外，类似于 THD 因非线性原因随输入频率增加而劣化，ENOB 值也会随频率加大而劣化。ENOB 来自于 SNDR，而 SNDR 又与 THD 以及 SNR 相关联。要了解数据转换器的准确 ENOB，需阅读数据手册中的详细规格和规定的条件。

一般数据转换器数据手册标题显示的“位数”（12 位或 14 位）指的是数字位或电压分辨率。这与 ENOB 无关。
ENOB 主要与噪声、非线性和输入频率存在函数关系。
ENOB 会因多种外部不确定性因素（例如时钟源、电源等）而劣化。
ENOB 是在整个奈奎斯特带宽上（DC 到 fs/2）计算的。
ENOB 并非是分析 SDR 等直接 RF 系统的理想指标。

传统ADC主要指标：SFDR、SNR、SNDR、ENOB

无杂散动态范围 (SFDR)

信噪比 (SNR)

信噪失真比 (SNDR)

有效位数 (ENOB)

相关推荐