14位模数转换器MAX1324的误差分析

3 交流特性

在实际数据采集系统中，很多情况下输入模拟信号是交流信号。仅有DNL和INL符合系统要求并不能说明ADC能同样合格地处理交流信号。因为DNL和INL是在直流条件下测试的。ADC系统中的交流信号指标差要有信一噪比(SNR)、信号--噪声+失真比(SINAD)、总谐波失真(THD)以及无杂散动态范围(SFDR)：

信一噪比（SNR）：是以分贝表示的比率，它是输入信号的有效值与所有频率小于采样频率一半的其他频谱成份（不包括谐波或直流信号）的总有效值之比。

信号--噪声加+失真比（SINAD）：是以分贝表示的输出端出现的输入信号有效值与输出信号当中频率小于采样频率一半的所有其他频谱成份的有效值之比。

总谐波失真(THD): 是以分贝表示的输出信号的头几个谐波成份的有效值之和与输出端出现的输入信号的幅度之比。测量中仅包括奈奎斯特频限内的谐波，典型值以分贝表示。

无杂散动态范围(SFDR)： 正弦波f(IN) 的RMS值与在频域观察到的杂散信号的RMS值之比，典型值以分贝表示。在ADC系统中，SINAD比SNR更准确描述被测信号与杂散信号的关系，大多数ADC列出SINAD而不采用SNR。对于一个理想的ADC：

SINAD≈(6.02×N+1.76)dB

其中N为转换器的位数。所以理想的14为转换器的SINAD为86.04dB。而对上式进行变换可得：

N=(SINAD-1.76)／6.02

这个方程式为等效位数的定义，即ENOB(Effective Number of Bits)。

在实际应用时我们关注SINAD为最小值时的等效位数，该位数是信号频率逐渐逼近Nyquist上限时，SINAD因THD的增加而达到的极限值。以MAX1324为例，其极限值为70dB，等效位数为14位，即有0.7LSB的误差或0.017的精度。

4 应用分析

假设我们的系统允许0.1%的误差，且ADC允许0.075％的误差，并且假设我们需要测试的直流信号。如果我们选用MAX1324，其具有±1LSB的DNL误差，±1.5LSB的INL误差(0.0366％)，±3LSB的失调误差(0.0732％)，±4LSB的增益误差(0.0977％)，5ppm／℃的温漂系数，在50℃的范围内产生0.025％的误差，共计0.0616％的误差。还有0.0134％的误差供基准电压源使用，该误差允许存在67μV的峰-峰值电压噪声(5V基准电压)，若考虑负载(ADC)电流对基准的影响，其电压噪声会略小。在这种情况下，基准电压源可以满足上述条件，而且也有比较多的选择余地。

以上例子我们没有讨论交流性能。若在实际数据采集系统中交流信号是被测信号，还必须考虑交流信号的误差，并作进一步的分析。

5 结束语

一个性能良好的数据采集系统不仅仅是设计原理的优化及其实现方法，系统的误差分析是设计成本和性能指标的必要前提条件。只有充分考虑系统各部分的误差才能使系统更好地满足设计性能要求。

本文作者创新点:本文以MAX1324为例,对较高精度的A/D在实际使用时出现的误差和误差源进行了分析和说明,并结合试验论述了一些误差补偿的可行性。在实际使用中可大幅提高系统的整体性能。