DAC和ADC的56個常用技術(shù)術(shù)語解析

1、采集時間采集時間是從釋放保持狀態(tài)（由采樣-保持輸入電路執(zhí)行）到采樣電容電壓穩(wěn)定至新輸入值的1 LSB范圍之內(nèi)所需要的時間。采集時間（Tacq）的公式如下：混疊根據(jù)采樣定理，超過奈奎斯特頻率的輸入信號頻率為“混疊”頻率。也就是說，這些頻率被“折疊”或復制到奈奎斯特頻率附近的其它頻譜位置。為防止混疊，必須對所有有害信號進行足夠的衰減，使得ADC不對其進行數(shù)字化。欠采樣時，混疊可作為一種有利條件?？讖窖舆tADC中的孔徑延遲（tAD）是從時鐘信號的采樣沿（下圖中為時鐘信號的上升沿）到發(fā)生采樣時之間的時間間隔。當ADC的跟蹤-保持切換到保持狀態(tài)時，進行采樣?？讖蕉秳涌讖蕉秳?（tAJ） 是指采樣與采樣之

2、間孔徑延遲的變化，如圖所示。典型的ADC孔徑抖動值遠遠小于孔徑延遲值。二進制編碼（單極性）標準二進制是一種常用于單極性信號的編碼方法。二進制碼（零至滿幅）的范圍為從全0 （00.。.000）到全1的正向滿幅值（11.。.111）。中間值由一個1 （MSB）后邊跟全0 （10.。.000）表示。該編碼類似于偏移二進制編碼，后者支持正和負雙極性傳遞函數(shù)。雙極性輸入術(shù)語“雙極性”表示信號在某個基準電平上、下擺動。單端系統(tǒng)中，輸入通常以模擬地為基準，所以雙極性信號為在地電平上、下擺動的信號。差分系統(tǒng)中，信號不以地為基準，而是正輸入以負輸入為參考，雙極性信號則指正輸入信號能夠高于和低于負輸入信號。共模抑

3、制（CMRR）共模抑制是指器件抑制兩路輸入的共模信號的能力。共模信號可以是交流或直流信號，或者兩者的組合。共模抑制比（CMRR）是指差分信號增益與共模信號增益之比。CMRR通常以分貝（dB）為單位表示。串擾（Crosstalk）串擾表示每路模擬輸入與其它模擬輸入的隔離程度。對于具有多路輸入通道的ADC，串擾指從一路模擬輸入信號耦合到另一路模擬輸入的信號總量，該值通常以分貝 （dB）為單位表示；對于具有多路輸出通道的DAC，串擾是指一路DAC輸出更新時在另一路DAC輸出端產(chǎn)生的噪聲總量。微分非線性（DNL）誤差對于ADC，觸發(fā)任意兩個連續(xù)輸出編碼的模擬輸入電平之差應(yīng)為1 LSB （DNL = 0

4、），實際電平差相對于1 LSB的偏差被定義為DNL。對于DAC，DNL誤差為連續(xù)DAC編碼的理想與實測輸出響應(yīng)之差。理想DAC響應(yīng)的模擬輸出值應(yīng)嚴格相差一個編碼 （LSB）（DNL = 0）。（DNL指標大于或等于1LSB保證單調(diào)性。）（見“單調(diào)”。）數(shù)字饋通數(shù)字饋通是指DAC數(shù)字控制信號變化時，在DAC輸出端產(chǎn)生的噪聲。在下圖中，DAC輸出端的饋通是串行時鐘信號噪聲的結(jié)果。動態(tài)范圍動態(tài)范圍定義為器件本底噪聲至其規(guī)定最大輸出電平之間的范圍，通常以dB表示。ADC的動態(tài)范圍為ADC能夠分辨的信號幅值范圍；如果ADC的動態(tài)范圍為 60dB，則其可分辨的信號幅值為x至1000x。對于通信應(yīng)用，信號強

5、度變化范圍非常大，動態(tài)范圍非常重要。如果信號太大，則會造成ADC輸入過量程；如果信號太小，則會被淹沒在轉(zhuǎn)換器的量化噪聲中。有效位數(shù)（ENOB）ENOB表示一個ADC在特定輸入頻率和采樣率下的動態(tài)性能。理想ADC的誤差僅包含量化噪聲。當輸入頻率升高時，總體噪聲（尤其是失真分量）也增大，因此降低ENOB和SINAD（參見“信號與噪聲+失真比（SINAD）”）。滿幅、正弦輸入波形的ENOB由下式計算：加載-感應(yīng)輸出一種測量技術(shù)，在電路的遠端點加載電壓（或電流），然后測量（檢測）產(chǎn)生的電流（或電壓）。例如，帶有集成輸出放大器的DAC有時就包含加載-感應(yīng)輸出。輸出放大器可提供反相輸入用于外部連接，反饋通

6、路必須通過外部形成閉環(huán)。全功率帶寬（FPBW）ADC工作時施加的模擬輸入信號等于或接近轉(zhuǎn)換器的規(guī)定滿幅電壓。然后將輸入頻率提高到某個頻率，使數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果的幅值降低3dB。該輸入頻率即為全功率帶寬。滿幅（FS）誤差滿幅誤差為觸發(fā)跳變至滿幅編碼的實際值與理想模擬滿幅跳變值之差。滿幅誤差等于“失調(diào)誤差+增益誤差”，如下圖所示。FS增益誤差（DAC）數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）的滿幅增益誤差為實際與理想輸出跨距之差。實際跨距為輸入設(shè)置為全1時與輸入設(shè)置為全0時的輸出之差。所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的滿幅增益誤差都與選擇用于測量增益誤差的基準有關(guān)。增益誤差ADC或DAC的增益誤差表示實際傳遞函數(shù)的斜率與理想傳遞函數(shù)的斜率

7、的匹配程度。增益誤差通常表示為LSB或滿幅范圍的百分比（%FSR），可通過硬件或軟件校準進行消除。增益誤差等于滿幅誤差減去失調(diào)誤差。增益誤差漂移增益誤差漂移指環(huán)境溫度引起的增益誤差變化，通常表示為ppm/°C。增益一致性增益一致性表示多通道ADC中所有通道增益的匹配程度。為計算增益的一致性，向所有通道施加相同的輸入信號，然后記錄最大的增益偏差，通常用dB表示。尖峰脈沖尖峰脈沖指MSB跳變時在DAC輸出端產(chǎn)生的電壓瞬態(tài)振蕩，通常表示為nV？s，等于電壓-時間曲線下方的面積。諧波周期信號的諧波為信號基頻整數(shù)倍的正弦分量。積分非線性（INL）誤差對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，積分非線性（INL）是實際傳

8、遞函數(shù)與傳遞函數(shù)直線的偏差。消除失調(diào)誤差和增益誤差后，該直線為最佳擬合直線或傳遞函數(shù)端點之間的直線。INL往往被稱為“相對精度”?；フ{(diào)失真（IMD）IMD是指由于電路或器件的非線性產(chǎn)生的原始信號中并不存在的新頻率分量的現(xiàn)象。IMD包括諧波失真和雙音失真。測量時，將其作為將所選交調(diào)產(chǎn)物（即IM2至IM5）的總功率與兩個輸入信號（f1和f2）的總功率之比。2階至5階交調(diào)產(chǎn)物如下：·2階交調(diào)產(chǎn)物（IM2）：f1 + f2、f2 - f1·3階交調(diào)產(chǎn)物（IM3）：2 x f1 - f2、2 x f2 - f1、2 x f1 + f2、2 x f2 + f1·4階交調(diào)產(chǎn)物（

9、IM4）：3 x f1 - f2、3 x f2 - f1、3 x f1 + f2、3 x f2 + f1·5階交調(diào)產(chǎn)物（IM5）：3 x f1 - 2 x f2、3 x f2 - 2 x f1、3 x f1 + 2 x f2、3 x f2 + 2 x f1最低有效位（LSB）在二進制數(shù)中，LSB為最低加權(quán)位。通常，LSB為最右側(cè)的位。對于ADC或DAC，LSB的權(quán)重等于轉(zhuǎn)換器的滿幅電壓范圍除以2N，其中N為轉(zhuǎn)換器的分辨率。對于12位ADC，如果滿幅電壓為2.5V，則1LSB = （2.5V/212） = 610VMSB跳變MSB 跳變（中間刻度點）時，MSB由低電平變?yōu)楦唠娖剑渌?/p>

10、有數(shù)據(jù)位則由高電平變?yōu)榈碗娖?；或者MSB由高電平變?yōu)榈碗娖剑渌鼣?shù)據(jù)位由低電平變?yōu)楦唠娖?。例如?1111111變?yōu)?0000000即為MSB跳變。MSB跳變往往產(chǎn)生最嚴重的開關(guān)噪聲（見尖峰脈沖）。/b單調(diào)在序列中，如果對于每個n，Pn + 1總是大于或等于Pn，則說該序列單調(diào)增大；類似地，如果對于每個n，Pn + 1總是小于或等于Pn，則說該序列單調(diào)減小。對于DAC，如果模擬輸出總是隨DAC編碼輸入的增大而增大，則說該DAC是單調(diào)的；對于ADC，如果數(shù)字輸出編碼總是隨模擬輸入的增大而增大，則說該ADC是單調(diào)的。如果轉(zhuǎn)換器的DNL誤差不大于±1LSB，則能夠保證單調(diào)。最高有效位（M

11、SB）在二進制數(shù)中，MSB為最高加權(quán)位。通常，MSB為最左側(cè)的位。乘法DAC （MDAC）乘法DAC允許將交流信號施加至基準輸入。通過將感興趣的信號連接至基準輸入，并利用DAC編碼縮放信號，DAC可用作數(shù)字衰減器。無丟失編碼當斜線上升信號施加至ADC的模擬輸入端時，如果ADC產(chǎn)生所有可能的數(shù)字編碼，則該ADC無丟失編碼。奈奎斯特頻率奈奎斯特定理說明：ADC的采樣率必須至少為信號最大帶寬的兩倍才能無失真地完整恢復模擬信號。該最大帶寬被稱為奈奎斯特頻率。偏移二進制編碼偏移二進制是一種常用于雙極性信號的編碼方法。在偏移二進制編碼中，負向最大值（負向滿幅值）用全0 （00.。.000）表示，正向最大值

12、（正向滿幅值）用全1 （11.。.111）表示。零幅由一個1 （MSB）后邊跟全0 （10.。.000）表示。該方法與標準二進制類似，后者常用于單極性信號（參見二進制編碼，單極性）。失調(diào)誤差（雙極性）雙極性轉(zhuǎn)換器失調(diào)誤差的測量與單極性轉(zhuǎn)換器失調(diào)誤差的測量類似，但在雙極性傳遞函數(shù)的中間點測量零幅處的誤差（參見失調(diào)誤差單極性）失調(diào)誤差（單極性）失調(diào)誤差常稱為“零幅”誤差，指在某個工作點，實際傳遞函數(shù)與理想傳遞函數(shù)的差異。對于理想數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，第一次跳變發(fā)生在零點以上0.5LSB處。對于ADC，向模擬輸入端施加零幅電壓并增加，直到發(fā)生第一次跳變；對于DAC，失調(diào)誤差為輸入編碼為全0時的模擬輸出。失調(diào)誤

13、差漂移失調(diào)誤差漂移指環(huán)境溫度引起的失調(diào)誤差變化，通常表示為ppm/°C。過采樣對于ADC，如果采樣模擬輸入的頻率遠遠高于奈奎斯特頻率，則稱為過采樣。過采樣有效降低了噪底，所以提高ADC的動態(tài)范圍。提高動態(tài)范圍又進而提高了分辨率。過采樣是- ADC的基礎(chǔ)。相位匹配相位匹配表示施加至多通道ADC所有通道的完全相同信號的相位匹配程度。相位匹配指所有通道中的最大相位偏移，通常用度表示。電源抑制比（PSRR）電源抑制比（PSRR）指電源電壓變化與滿幅誤差變化之比，以dB表示。量化誤差對于ADC，量化誤差定義為實際模擬輸入與表示該值的數(shù)字編碼之間的差異（參見“量化”）。比例測量施加至ADC電壓基

14、準輸入的電壓不是恒定電壓，而是與施加至變送器（即負載單元或電橋）的信號成比例。這種類型的測量稱為比例測量，它消除了基準電壓變化引起的所有誤差。下圖中使用電阻橋的方法就是比例測量的一個例子。分辨率ADC分辨率為用于表示模擬輸入信號的位數(shù)。為了更準確地復現(xiàn)模擬信號，就必須提高分辨率。使用較高分辨率的ADC也降低量化誤差。對于DAC，分辨率與此類似：DAC的分辨率越高，增大編碼時在模擬輸出端產(chǎn)生的步進越小。有效值（RMS）交流波形的RMS值為有效直流值或該信號的等效直流信號。計算交流波形的RMS值時，先對交流波形進行平方以及時間平均，然后取其平方根。對于正弦波，RMS值為峰值的 2/2 （或0.70

15、7）倍，也就是峰-峰值的0.354倍。采樣率/頻率采樣率或采樣頻率以“采樣/秒”（sps）表示，指ADC采集（采樣）模擬輸入的速率。對于每次轉(zhuǎn)換執(zhí)行一次采樣的ADC（如SAR、Flash ADC或流水線型ADC），采樣速率也指吞吐率。對于- ADC，采樣率一般遠遠高于數(shù)據(jù)輸出頻率。建立時間對于DAC，建立時間是從更新（改變）其輸出值的命令到輸出達到最終值（在規(guī)定百分比之內(nèi)）之間的時間間隔。建立時間受輸出放大器的擺率和放大器振鈴及信號過沖總量的影響。對于ADC，采樣電容電壓穩(wěn)定至1 LSB所需的時間小于轉(zhuǎn)換器的捕獲時間至關(guān)重要。信納比（SINAD）SINAD是正弦波（ADC的輸入，或DAC恢復的

16、輸出）的RMS值與轉(zhuǎn)換器噪聲加失真（無正弦波）的RMS值之比。RMS噪聲加失真包括奈奎斯特頻率以下除基波和直流失調(diào)以外的所有頻譜成分。SINAD通常表示為dB。信噪比（SNR）信噪比（SNR）是給定時間點有用信號幅度與噪聲幅度之比，該值越大越好。對于由數(shù)字采樣完美重構(gòu)的波形，理論上的最大SNR為滿幅模擬輸入（RMS值）與 RMS量化誤差（剩余誤差）之比。理想情況下，理論上的最小ADC噪聲僅包含量化誤差，并直接由ADC的分辨率（N位）確定：（除量化噪聲外，實際ADC也產(chǎn)生熱噪聲、基準噪聲、時鐘抖動等。）帶符號二進制編碼帶符號二進制編碼方法中，MSB表示二進制數(shù)的符號（正或負）。所以，-2的8位表

17、示法為10000010，+2的表示法為00000010。擺率擺率是DAC輸出變化的最大速率，或者不會造成ADC數(shù)字輸出錯誤的輸入變化的最大速率。對于帶有輸出放大器的DAC，規(guī)定擺率通常是放大器的擺率。小信號帶寬（SSBW）為測量小信號帶寬，向ADC施加一個幅值足夠小的模擬輸入信號，其擺率不會限制ADC的性能。然后，掃描輸入頻率，直到數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果的幅值降低3dB。小信號帶寬往往受限于相關(guān)采樣-保持放大器的性能。無雜散動態(tài)范圍（SFDR）無雜散動態(tài)范圍（SFDR）是基波（信號成分最大值）RMS幅值與第二大雜散成份（不包含直流失調(diào)）的RMS值之比。SFDR以相對于載波的分貝（dBc）表示?？傊C波失真

18、（THD）THD測量信號的失真成分，用相對于基波的分貝（dB）表示。對于ADC，總諧波失真（THD）是所選輸入信號諧波的RMS之和與基波之比。測量時，只有在奈奎斯特限值之內(nèi)的諧波被包含在內(nèi)。跟蹤-保持跟蹤-保持往往也被稱為“采樣-保持”，指ADC的輸入采樣電路。跟蹤-保持輸入的最基本表示形式是模擬開關(guān)和電容（見圖）。開關(guān)閉合時，電路處于“跟蹤”模式；開關(guān)開路時，采樣電容保持輸入的最后瞬態(tài)值，電路處于“保持”模式。轉(zhuǎn)換噪聲轉(zhuǎn)換噪聲指引起ADC輸出在相鄰輸出編碼之間切換的輸入電壓變化范圍。當增大模擬輸入電壓時，由于相關(guān)瞬態(tài)噪聲的原因，觸發(fā)每個編碼發(fā)生跳變（編碼邊緣）的電壓是不確定的。二進制補碼編碼二進制補碼編碼方法用于正數(shù)和負數(shù)編碼，簡化加法和減法計算。該編碼方法中，-2的8位表示法為11111110，+2的表示法為00000010。欠采樣欠采樣技術(shù)中，ADC采樣