ADC信噪比的分析及高速高分辨率ADC电路的实现

ADC 信噪比的分析及高速高分辨率 ADC 电路的实现在雷达、导航等军事领域中，由于信号带宽宽(有时可能高于10MHz)，要求 ADC 的采样率高于 30MSPS，分辨率大于 10 位。目前高速高分辨率 ADC 器件在采样率高于 10MSPS 时，量化位数可达 14 位，但实际分辨率受器件自身误差和电路噪声的影响很大。在数字通信、数字仪表、软件无线电等领域中应用的高速 ADC电路，在输入信号低于 1MHz 时，实际分辨率可达 10 位，但随输入信号频率的增加下降很快，不能满足军事领域的使用要求。针对这一问题，本文主要讨论在不采纳过采样、数字滤波和增益自动控制等技术条件下，如何提高高速高分辨率 ADC 电路的实际分辨率，使其最大限度地接近 ADC 器件自身的实际分辨率，即最大限度地提高 ADC 电路的信噪比。为此，本文首先从理论上分析了影响 ADC 信噪比的因素；然后从电路设计和器件选择两方面出发，设计了高速高分辨率 ADC 电路。经实测表明，当输入信号频率为 0．96MHz 时，该电路的实际分辨率为 11．36位；当输入信号频率为 14．71MHz 日寸，该电路的实际分辨率为 10．88 位。1 影响 ADC 信噪比因素的理论分析ADC 的实际分辨率是用有效位数 ENOB 标称的。不考虑过采样，当满量程单频理想正弦波输入时，实际分辨率可用下式表示：ENOB=[SINA0(dB)1．76]／6．02 (1)式中，SINAD 表示 ADC 的信噪失真比，指 ADC 满量程单频理想正弦波输入信号的有效值与 ADC 输出信号的奈奎斯特带宽内的全部其它频率重量(包括谐波重量，但不包括直流允量)的总有效值之比。ADC 的信噪比 SNR，指 ADC 满量程单频理想正弦波输入信号的有效值与 ADC 输出信号的奈奎斯特带宽内的全部其它频率重量(不包括直流重量和谐波重量)总有效值之比。由此可知，当 ADC 的总谐波失真 THD 一定时，有效位数 ENOB 取决于 SNR；ADC 的 SNR 越高，其有效位数 ENOB 就越高。下面就来分析影响 ADC 信噪比 SNR 的因素。理想 ADC 的噪声由其固有的量化误差(也称为量化噪声，如图 1所示)产生。但实际使用的 ADC 是非理想器件，它的实际转换曲线与理想转换曲线之间存在偏差，表现为多种误差，如零点误差、满度误差、增益误差、积分非线性误差 INL、微分非线性误差 DNL 等。其中，零点误差、满度误差、增益误差是恒定误差，只影响 ADC 的绝对精度，不影响 ADC 的 SNR。INL 指的是在校准上述恒定误差的基础上，ADC 实际转换...