采集卡精度、噪声、有效位为什么标称16位不等于真16位有个客户买了块16位采集卡回去测一个毫伏级的小信号发现读数跳得根本没法用。他以为卡坏了。其实卡没坏是他把标称16位当成了真能分辨16位。之前我们聊过采集卡位数不是越高越好动态范围和有效位才是关键。今天往深走一步ADC到底是怎么数格子的、有效位为什么总比标称低、datasheet里哪几行字才真正值得看。看完这篇你再翻任何一款采集卡的参数表心里都会有杆秤。一、先搞懂ADC是怎么数格子的模拟信号是连续变化的电压ADC要把它变成数字只能把它切成一格一格。16位的ADC能把量程切成2的16次方也就是65536格。每一格对应的电压行话叫一个LSB。问题来了落在两格之间的电压怎么办只能就近归到某一格。这一归误差就产生了最大差半个LSB。无数个这样的小误差攒起来就是量化噪声。它由位数决定物理上无法消除只能接受。连续信号被归到最近的格子两格之间的差异就成了量化噪声所以位数的意义是格子切得细不细。12位是4096格16位是65536格差了16倍。理论上格子越细量化噪声越低能分辨的信号就越小。注意这只是理论上。二、有效位为什么到手总比标称低真实电路里不只有量化噪声。前端放大器有热噪声电源有纹波时钟有抖动这些噪声全都叠在信号上一起被数格子。格子切得再细底下垫着一层噪声细格子就被糊住了。于是有了有效位ENOB这个概念把实际存在的全部噪声和失真折算成相当于多少位的理想ADC。算法不复杂从SINAD信纳比换算ENOB (SINAD - 1.76) / 6.02。这个公式不用背你只要记住——datasheet上没直接写ENOB的就找SINAD或SNR自己减一减。一块标称16位的卡实测SINAD做到86dB上下ENOB就是14位左右这算表现不错的。差一些的卡标16位、实测12位多的也不是没有。同样标16位有效位差出一两位测小信号时就是看得见和看不见的区别。标称位数是理想值有效位才是实测能用的分辨能力示意三、噪声从哪来三个来源一个一个说量化噪声刚说过是位数定的天花板没办法。剩下两个才是真正拉开卡与卡差距的地方。前端和电源噪声。模拟前端要放大信号放大器自身就有噪声电源不干净纹波也会混进信号。同样的ADC芯片不同厂家做出来的卡噪声水平不一样差距就在前端设计和电源处理上。这也是为什么选卡不能只看用了什么芯片。时钟抖动。采样时刻每次差那么一点点采到的电压就有误差。信号频率越高同样的时间抖动换算成的电压误差越大。所以高频应用里时钟质量比位数更先成为瓶颈。你要测几百兆的信号却只盯着位数选卡方向就偏了。四、datasheet里真正该看的几行字厂家参数表动辄几十行项目吃精度的话重点看这四个SNR信噪比信号和噪声的比值越高越好但它不含失真。SINAD信纳比信号和噪声失真的比值算ENOB就用它比SNR实在。SFDR无杂散动态范围最强信号和最强杂散之间的距离。做频谱分析、要在强信号旁边找弱信号的这个指标比位数重要得多。噪声密度单位带宽内的噪声。测宽带小信号时它直接决定你的底。问厂家的时候别问你们这卡多少位问典型SINAD多少、SFDR多少、噪声密度多少。能痛快答上来的参数表一般没注水支支吾吾只肯说位数的你就要多留个心眼了。五、不放心两个粗测的办法自己上手第一个短路测底噪。输入端短接到地采一段数据看读数的跳动范围。跳动换算成电压就是这台系统的本底噪声。你的信号比这个底还小就别指望测准了。第二个满幅正弦测SINAD。接一个高质量信号源幅度打满量程采下来做FFT算出信号与噪声失真的比值代回公式就是ENOB。注意信号源本身要干净不然测出来的是信号源的下限不是卡的。频谱上看得最直观噪声底抬高了小信号就被淹在里面六、最后说句实在话位数是最好卖的参数因为数字大、好看。但真正决定你能不能测准的是噪声、有效位这些不好看的指标。我们帮客户匹配型号碰上吃精度的项目都是直接拿SINAD、噪声密度说话从不拿标称位数当卖点。参数表上的数字是给人看的有效分辨能力才是给你用的。— 本文由研拓服务发布转载请注明出处。
