DAC和ADC的56個(gè)常用技術(shù)術(shù)語(yǔ)解析全解

1、采集時(shí)間采集時(shí)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(shí)間。采集時(shí)間（Tacq ）的公式如下：混疊根據(jù)采樣定理，超過(guò)奈奎斯特頻率的輸入信號(hào)頻率為“混疊”頻率。也就是說(shuō)，這些頻率被 “折疊” 或復(fù)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(duì)所有有害信號(hào)進(jìn)行足 夠的衰減，使得 ADC不對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化。欠采樣時(shí)，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(shí)鐘信號(hào)的采樣沿（下圖中為時(shí)鐘信號(hào)的上升沿）到發(fā)生采 樣時(shí)之間的時(shí)間間隔。當(dāng) ADC的跟蹤 - 保持切換到保持狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行采樣?？讖蕉秳?dòng)孔徑抖

2、動(dòng) （ tAJ ） 是指采樣與采樣之間孔徑延遲的變化，如圖所示。典型的ADC孔徑抖動(dòng)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于孔徑延遲值二進(jìn)制編碼（單極性）標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制是一種常用于單極性信號(hào)的編碼方法。二進(jìn)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(gè) 1 （MSB）后邊跟全 0 （ 10. 。.000 ） 表示。該編碼類似于偏移二進(jìn)制編碼，后者支持正和負(fù)雙極性傳遞函數(shù)。雙極性輸入術(shù)語(yǔ)“雙極性”表示信號(hào)在某個(gè)基準(zhǔn)電平上、下擺動(dòng)。單端系統(tǒng)中，輸入通常以模擬地為基 準(zhǔn)，所以雙極性信號(hào)為在地電平上、下擺動(dòng)的信號(hào)。差分系統(tǒng)中，信號(hào)不以地為基準(zhǔn)，而是正輸 入以負(fù)輸

3、入為參考，雙極性信號(hào)則指正輸入信號(hào)能夠高于和低于負(fù)輸入信號(hào)。共模抑制（ CMRR）共模抑制是指器件抑制兩路輸入的共模信號(hào)的能力。 共模信號(hào)可以是交流或直流信號(hào)， 或者兩者的組合。 共模抑制比 （ CMRR）是指差分信號(hào)增益與共模信號(hào)增益之比。CMRR通常以分貝 （ dB）為單位表示。串?dāng)_（ Crosstalk ）串?dāng)_表示每路模擬輸入與其它模擬輸入的隔離程度。對(duì)于具有多路輸入通道的ADC，串?dāng)_指從一路模擬輸入信號(hào)耦合到另一路模擬輸入的信號(hào)總量，該值通常以分貝（ dB）為單位表示；對(duì)于具有多路輸出通道的 DAC，串?dāng)_是指一路 DAC輸出更新時(shí)在另一路 DAC輸出端產(chǎn)生的噪聲總 量。微分非線性（ D

4、NL）誤差對(duì)于 ADC，觸發(fā)任意兩個(gè)連續(xù)輸出編碼的模擬輸入電平之差應(yīng)為1 LSB （DNL = 0 ），實(shí)際電平差相對(duì)于 1 LSB 的偏差被定義為 DNL。對(duì)于 DAC， DNL誤差為連續(xù) DAC編碼的理想與實(shí)測(cè)輸 出響應(yīng)之差。理想 DAC響應(yīng)的模擬輸出值應(yīng)嚴(yán)格相差一個(gè)編碼（ LSB）（ DNL = 0）。（ DNL指標(biāo)大于或等于 1LSB 保證單調(diào)性。）（見(jiàn)“單調(diào)”。）數(shù)字饋通數(shù)字饋通是指 DAC數(shù)字控制信號(hào)變化時(shí)，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(shí)鐘信號(hào)噪聲的結(jié)果。動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)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。 AD

5、C的動(dòng)態(tài)范圍為 ADC能夠分辨的信號(hào)幅值范圍；如果ADC的動(dòng)態(tài)范圍為 60dB ，則其可分辨的信號(hào)幅值為 x 至 1000x 。對(duì)于通信應(yīng)用， 信號(hào)強(qiáng)度變化范圍非常大， 動(dòng)態(tài)范圍非常重要。 如果信號(hào)太大， 則會(huì)造成 ADC輸入過(guò)量程；如果信號(hào)太小，則會(huì)被淹沒(méi)在轉(zhuǎn)換器的量化噪聲中。有效位數(shù)（ ENOB）ADC的誤差僅包含量化噪ENOB和 SINAD（參見(jiàn)ENOB表示一個(gè) ADC在特定輸入頻率和采樣率下的動(dòng)態(tài)性能。理想聲。當(dāng)輸入頻率升高時(shí)，總體噪聲（尤其是失真分量）也增大，因此降低信號(hào)與噪聲 +失真比（ SINAD）”）。滿幅、正弦輸入波形的ENOB由下式計(jì)算：加載 - 感應(yīng)輸出 一種測(cè)量技術(shù)，在

6、電路的遠(yuǎn)端點(diǎn)加載電壓（或電流），然后測(cè)量（檢測(cè)）產(chǎn)生的電流（或電壓）。例如，帶有集成輸出放大器的DAC有時(shí)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，反饋通路必須通過(guò)外部形成閉環(huán)。全功率帶寬（ FPBW） ADC工作時(shí)施加的模擬輸入信號(hào)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(gè)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(shí)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(shí)際與理想輸出跨距之差。

7、實(shí)際跨距為輸入設(shè)置為全1 時(shí)與輸入設(shè)置為全 0 時(shí)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(cè)量增益誤 差的基準(zhǔn)有關(guān)。增益誤差A(yù)DC或 DAC的增益誤差表示實(shí)際傳遞函數(shù)的斜率與理想傳遞函數(shù)的斜率的匹配程度。 增益誤 差通常表示為 LSB 或滿幅范圍的百分比 （%FSR），可通過(guò)硬件或軟件校準(zhǔn)進(jìn)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(jì)算增益的一致性， 向所有通道 施加相同的輸入信號(hào)，然后記錄最大的增益偏差，通常用dB 表示。尖峰脈沖

8、尖峰脈沖指 MSB跳變時(shí)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(shí)間曲線下方的面積。諧波周期信號(hào)的諧波為信號(hào)基頻整數(shù)倍的正弦分量。積分非線性（ INL ）誤差對(duì)于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，積分非線性（ INL ）是實(shí)際傳遞函數(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(diǎn)之間的直線。 INL 往往被稱為“相對(duì)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(hào)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(cè)量時(shí)，將其作為將所選交調(diào)產(chǎn)物（即 IM2 至 IM5）的總功率與兩個(gè)輸 入信號(hào)（ f1 和 f2

9、 ）的總功率之比。 2 階至 5 階交調(diào)產(chǎn)物如下：2 2 階交調(diào)產(chǎn)物（IM2）： f1 + f2 、f2- f12 3 階交調(diào)產(chǎn)物（IM3）： 2 x f1 - f2、2 x f2 - f1、2 x f1 + f2、2 x f2 + f12 4 階交調(diào)產(chǎn)物（IM4）： 3 x f1 - f2、3 x f2 - f1、3 x f1 + f2、3 x f2 + f12 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(jìn)制數(shù)中， LSB為最低加權(quán)位。通常， LSB為最

10、右側(cè)的位。對(duì)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(duì)于12位 ADC，如果滿幅電壓為 2.5V ，則 1LSB = （2.5V/212 ） = 610 VMSB跳變MSB 跳變（中間刻度點(diǎn)）時(shí)， MSB由低電平變?yōu)楦唠娖剑渌袛?shù)據(jù)位則由高電平變?yōu)榈?電平；或者 MSB由高電平變?yōu)榈碗娖?，而其它?shù)據(jù)位由低電平變?yōu)楦唠娖?。例如?1111111 變?yōu)?10000000 即為 MSB跳變。 MSB跳變往往產(chǎn)生最嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)噪聲（見(jiàn)尖峰脈沖）。/b 單調(diào)在序列中，如果對(duì)于每個(gè)n，Pn + 1 總是大于或等于 Pn，則說(shuō)該序列單調(diào)增大；類似地，

11、如果對(duì)于每個(gè) n，Pn + 1 總是小于或等于 Pn，則說(shuō)該序列單調(diào)減小。對(duì)于DAC，如果模擬輸出總是隨 DAC編碼輸入的增大而增大，則說(shuō)該DAC是單調(diào)的；對(duì)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(shuō)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（ MSB）在二進(jìn)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(hào)施加至基準(zhǔn)輸入。通過(guò)將感興趣的信號(hào)連接至基準(zhǔn)輸入，并利用 DAC編碼縮放信號(hào)， DAC可用作數(shù)字衰減器。無(wú)丟失編碼當(dāng)斜線上升信號(hào)施加至 ADC的模擬輸入端時(shí)，

12、如果 ADC產(chǎn)生所有可能的數(shù)字編碼，則該ADC無(wú)丟失編碼。奈奎斯特頻率奈奎斯特定理說(shuō)明： ADC的采樣率必須至少為信號(hào)最大帶寬的兩倍才能無(wú)失真地完整恢復(fù)模 擬信號(hào)。該最大帶寬被稱為奈奎斯特頻率。偏移二進(jìn)制編碼偏移二進(jìn)制是一種常用于雙極性信號(hào)的編碼方法。 在偏移二進(jìn)制編碼中， 負(fù)向最大值 （負(fù)向 滿幅值）用全 0 （ 00. 。 .000 ）表示，正向最大值（正向滿幅值）用全1 （ 11. 。 .111 ）表示。零幅由一個(gè) 1 （MSB）后邊跟全 0 （ 10. 。 .000 ）表示。該方法與標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制類似，后者常用于 單極性信號(hào)（參見(jiàn)二進(jìn)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

13、的測(cè)量與單極性轉(zhuǎn)換器失調(diào)誤差的測(cè)量類似， 但在雙極性傳遞函數(shù)的 中間點(diǎn)測(cè)量零幅處的誤差（參見(jiàn)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(gè)工作點(diǎn)，實(shí)際傳遞函數(shù)與理想傳遞函數(shù)的差異。對(duì) 于理想數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，第一次跳變發(fā)生在零點(diǎn)以上 0.5LSB 處。對(duì)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(duì)于DAC，失調(diào)誤差為輸入編碼為全 0 時(shí)的模擬輸出。失調(diào)誤差漂移ppm/ C失調(diào)誤差漂移指環(huán)境溫度引起的失調(diào)誤差變化，通常表示為過(guò)采樣對(duì)于 ADC，如果采樣模擬輸入的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于奈奎斯特頻率，則稱為過(guò)采樣。過(guò)采樣有效降 低了噪底，所以提高 ADC的動(dòng)態(tài)范圍。提

14、高動(dòng)態(tài)范圍又進(jìn)而提高了分辨率。過(guò)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(hào)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(duì)于 ADC，量化誤差定義為實(shí)際模擬輸入與表示該值的數(shù)字編碼之間的差異（參見(jiàn)“量化” ）比例測(cè)量施加至 ADC電壓基準(zhǔn)輸入的電壓不是恒定電壓，而是與施加至變送器（即負(fù)載單元或電橋） 的信號(hào)成比例。 這種類型的測(cè)量稱為比例測(cè)量， 它消除了基準(zhǔn)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(cè)量的一個(gè)例子。

15、分辨率ADC分辨率為用于表示模擬輸入信號(hào)的位數(shù)。為了更準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)模擬信號(hào)，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(duì)于 DAC，分辨率與此類似： DAC的分辨率越高， 增大編碼時(shí)在模擬輸出端產(chǎn)生的步進(jìn)越小。有效值（ RMS）交流波形的 RMS值為有效直流值或該信號(hào)的等效直流信號(hào)。計(jì)算交流波形的 RMS值時(shí)， 先對(duì)交流波形進(jìn)行平方以及時(shí)間平均， 然后取其平方根。 對(duì)于正弦波， RMS值為峰值的 2/2 （或 0.707 ） 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(duì)于

16、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(duì) 于- ADC，采樣率一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于數(shù)據(jù)輸出頻率。建立時(shí)間對(duì)于 DAC，建立時(shí)間是從更新（改變）其輸出值的命令到輸出達(dá)到最終值（在規(guī)定百分比之 內(nèi)）之間的時(shí)間間隔。 建立時(shí)間受輸出放大器的擺率和放大器振鈴及信號(hào)過(guò)沖總量的影響。 對(duì)于 ADC，采樣電容電壓穩(wěn)定至 1 LSB 所需的時(shí)間小于轉(zhuǎn)換器的捕獲時(shí)間至關(guān)重要。信納比（ SINAD）SINAD 是正弦波（ ADC的輸入，或 DAC恢復(fù)的輸出）的 RMS值與轉(zhuǎn)換器噪聲加失真（無(wú)正弦 波）的 RMS值之比。 RMS噪聲加失真包括奈奎斯特頻率以下

17、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(shí)間點(diǎn)有用信號(hào)幅度與噪聲幅度之比，該值越大越好。對(duì)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(shí)際 ADC也產(chǎn)生熱噪聲、基準(zhǔn)噪聲、時(shí)鐘抖動(dòng)等。）帶符號(hào)二進(jìn)制編碼帶符號(hào)二進(jìn)制編碼方法中， MSB表示二進(jìn)制數(shù)的符號(hào)（正或負(fù)）。所以，-2 的 8 位表示法為10000010 ， +2 的表示法為 00000010 。擺率擺

18、率是 DAC輸出變化的最大速率，或者不會(huì)造成ADC數(shù)字輸出錯(cuò)誤的輸入變化的最大速率。對(duì)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(hào)帶寬（ SSBW）為測(cè)量小信號(hào)帶寬， 向 ADC施加一個(gè)幅值足夠小的模擬輸入信號(hào)，其擺率不會(huì)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(hào)帶寬往往受限于相關(guān)采樣- 保持放大器的性能。無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（ SFDR）無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（ SFDR）是基波（信號(hào)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(duì)于載波的分貝（ dBc）表示?？傊C波失真（ THD）THD測(cè)量信號(hào)的失真成分，用相對(duì)于基波的分貝（dB）表示。對(duì)于 ADC，總諧波失真（ THD）是所選輸入信號(hào)諧波的 RMS之和與基波之比。 測(cè)量時(shí)， 只有在奈奎斯特限值之內(nèi)的諧波被包含在 內(nèi)。跟蹤 - 保