SAR ADC输入类型间性能比较- I

在选择一个SAR ADC时所考虑的某些关键技术规格包括分辨率、通道数量、采样率、电源范围、功耗、数字接口和时钟速度。但是诸如信噪比 (SNR) 和总谐波失真 (THD) 的噪声和AC参数是怎样的呢?这些参数会影响总体系统性能，并因此影响到SAR输入类型的选择。

噪声影响

单端输入：这些SAR只需要一条导线/电缆和一个单输入驱动器，如果有的话，连接至电源。需要注意的是，这些ADC测量相对于SAR自身接地的输入信号。虽然这是最简单的配置，信号接地和SAR接地之间的误差将影响准确度。此外，从电源和接地耦合到内部采样电容器的噪声将影响转换准确度，这是因为共模抑制 (CMRR) 很糟糕，可以忽略不计。

差分输入(伪差分和全差分)：虽然这种输入需要一条额外的导线/电缆以及两个输入驱动器，但是包括以下优点：

由于正确的布局布线技巧，两个输入上的电源噪声耦合、接地弹跳和时钟将相类似。更好的CMRR大大减少了任何相关噪声。

特别是对于伪差分输入，负输入可以感测到信号接地或偏移，从而消除信号接地和SAR接地之间的任何误差。

示例：请参考针对ADS7042，ADS8860和ADS8319等器件的技术规格表中AINM的“工作输入范围”。

SNR影响

ADC的SNR将信号功率分量与采样频率一半以下的噪声功率进行比较，其中不包括谐波和DC。我使用以下等式来计算SNR影响：

ADC输入上的总系统噪声由两个分量组成：耦合自信号源以及输入驱动器的外部噪声和ADC输入上的内部噪声。由于单端架构(具有一个CDAC结构)很少见，我将会比较伪差分(在每个输入上使用一个CDAC结构)与全差分输入间的性能差异。

对于一个指定的架构，全差分SAR上的输入信号范围(-REF至REF)是伪差分SAR范围 (0-REF) 的两倍。对于全差分输入*，由于将信号舍入至最接近的编码而引入到AC信号的量化噪声也会加倍。

内部噪声：为了分析ADC的SNR，我们首先假定一个噪声可忽略不计的理想AC源和驱动器。可使用两个对于ADC十分重要的量化噪声 (NQUANT) 以及转换噪声 (NTRANS) 来分析内部噪声的影响。

对于一个只有量化误差的理想ADC来说(即NTRANS= 0)，如表2中所示，SNRADC对于两个输入类型是一样的。计算方法为：

转换噪声由诸如比较器的有源电路和来自电阻器以及电容器的kT/C噪声引入。由于NTRANS起到决定性作用，如表2中所示，可以看到全差分ADC的SNRADC提高了多达6dB。其原因是动态范围加倍，而NTRANS保持不变。

下方的图1更好地解释了这一情况，其中显示了16位ADC的SNRADC。对于理想ADC来说，两个输入类型的SNRADC是一样的。随着NTRANS开始缩放，两个SNR间的差异变宽。在NTRANS>> NQUANT时，可以看到6dB的变化。实际上，这个SNRADC方面的差异可以是0dB至6dB之间的任何值，这取决于设计是如何优化NTRANS与NQUANT间的比率的。

图1：SNR与内部噪声的比较

示例：比较同一系列输入器件(诸如 (ADS8861,ADS8860)，(ADS8354,ADS8353)，(ADS7254,ADS7253))全差分和伪差分之间的SNR技术规格。

外部噪声：在一个系统中，SAR也会看到由输入源和驱动器引入的噪声。然后，SNR等式的分母将增加。如下所示，由于使用了两个驱动器，全差分输入的总SNR进一步降低。