ADC相关参数定义与测试方法
ADC相关参数定义与测试方法
模数转换器（ADC）是将模拟信号转换为数字信号的关键器件，在通信、测量、控制等领域有着广泛的应用。为了评估ADC的性能，需要对其各种参数进行定义和测试。本文将详细介绍ADC的主要静态参数和动态参数及其测试方法。
1 ADC 静态参数
1.1 Gain Error
ADC实际传输曲线斜率偏离理想斜率的程度。即补偿失调误差之后，输出曲线最后的实际偏差。
修正失调电压误差后，额定满量程代码与理想输入信号码值之间的差值，即Gain Error = Full-scale Error-Offset Error。
1.2 Offset Error
ADC输入、输出曲线中第一个转换点与理想值的偏差，可以用LSB表示。 输入信号为零，ADC输出码值。即输入端对地短接，读取ADC码值。
1.3 Full_scale Error
满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差，Full_scale Error =Gain Error + Offset Error。满刻度输出时，记录输入信号值。
1.4 DNL
任意两个相邻码值之间所测得变化值与理想的1 LSB变化值之间的差异。这个参数是用来描述ADC芯片线性度的一个参数。这个参数的公式这样计算：
DNL表示的是微观状态下的偏差，理想ADC在输出码（如101）所对应的模拟信号的范围为1LSB，但实际的ADC对应的模拟信号范围可能或大或小，DNL就表示理想和实际的差值。其中DNL = -1.0LSB表示丢码。DNL值小并不代表SNR高，但DNL值大反映SNR下降。
直方图测试方法：
直方图方法测试DNL，输入源为正弦波，DNL计算公式如下:
注：
PA(n):实际ADC第 n 个数字码出现的概率；
PI(n):理想ADC第 n 个数字码出现的概率。
采样点数 M 取决于 ADC 的分辨率 N，测试结果的置信度水平（1－α） 和DNL的误差精度β之间的关系如下
实际输出的直方图
DNL曲线
1.5 INL
ADC传递函数与一条通过ADC传递函数端点的直线的最大偏差。
这个参数是用来描述ADC芯片线性度的一个参数。这个参数的公式这样计算：
INL表示的是宏观状态下的偏差，在任意一个点，由于DNL的积累导致在那个点与理想值的差值。INL小并不代表THD低，但INL值大反映THD恶化。
直方图测试方法：
直方图方法测试INL，输入源为正弦波。INL理论上是对DNL进行积分运算， 即对DNL 进行累加求和得到， 公式如下：
INL曲线
2 ADC 动态参数
动态特性描述的是ADC性能随着信号频率变化而变化的特征。
既然是与频率有关，当然分析的函数图像就不是上面的传输特性曲线，而是与频率相关的频谱图。经FFT分析后，频谱中会包含有信号、失真、噪声这三个量。而相关指标的计算就是基于这三个量的。
2.1 SNR
ADC输出端测得的信号对噪声比。
2.2 SINAD
ADC输出端测得的信号对噪声及失真比
2.3 ENOB
表示把当前ADC看做是理想ADC时所具有的分辨率位数。
2.4 SFDR
信号RMS幅度与次最大噪声成分或谐波失真成分的RMS值之比。
** SFDR = 10 * log10 (Ph(1) / max(Ph(2:10)))**
2.5 THD
总谐波失真
谐波一般取前10次谐波，从计算公式可知信号在分母位置，计算出来小于1或为负dB。总谐波失真计算方式如下：
Ps：信号功率；
Pn：噪声功率；
Pd：由二到十次谐波引起的总失调功率；
Ph(1)：基波功率；
Ph(2:10)：二到十次谐波功率；
Vs：信号值；
VN：噪声值。