本文檔收集并定義了模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 常用的技術(shù)術(shù)語。

采集時間

采集時間是保持狀態(tài)釋放（由采樣保持的輸入電路施加）與采樣電容上的電壓穩(wěn)定到新輸入值的1 LSB以內(nèi)的時刻之間的間隔。采集時間方程（TACQ） 是：

其中RSOURCE是源阻抗，CSAMPLE是采樣電容，N是分辨率位數(shù)。

混 疊

在采樣理論中，超過奈奎斯特頻率的輸入信號頻率被“混疊”。也就是說，它們被“折回”或在奈奎斯特頻率上方和下方頻譜中的其他位置復制。為防止混疊，必須充分濾除所有不需要的信號，以便ADC不會對其進行數(shù)字化處理?；殳B可用于欠采樣時的優(yōu)勢。

光圈延遲

孔徑延遲（tAD）是時鐘信號的采樣沿（圖中時鐘信號的上升沿）與采樣時刻之間的間隔。當ADC的采樣保持進入保持狀態(tài)時采集樣本。

圖1.孔徑延遲（紅色）和抖動（藍色）。

孔徑抖動

孔徑抖動（tAJ） 是孔徑延遲的樣本間變化，如圖所示。典型的ADC孔徑抖動值遠小于孔徑延遲。

二進制編碼（單極）

直接二進制是一種通常用于單極性信號的編碼方案。二進制代碼（零刻度到滿量程）的范圍從所有零 （00...000） 到所有 11 的正滿量程值 （111...10）。中間量程由 000 （MSB） 后跟所有零 （<>...<>） 表示。此代碼類似于偏移二進制編碼，它適應(yīng)雙極性傳遞函數(shù)的正值和負值。

雙極性輸入

術(shù)語“雙極性”表示信號擺動高于和低于某個參考電平。在單端系統(tǒng)中，輸入通常以模擬地為基準，因此雙極性信號是擺動在地上和地電位以下的信號。在差分系統(tǒng)中，信號不以地為基準，而是以負輸入為基準，雙極性信號是指正輸入擺幅高于和低于負輸入的信號。

共模抑制 （CMR）

共模抑制是器件抑制兩個輸入共有的信號的能力。共模信號可以是交流或直流信號，也可以是兩者的組合。共模抑制比（CMRR）是差分信號增益與共模信號增益之比。CMRR通常以分貝（dB）表示。

串音

串擾是衡量每個模擬輸入與其他輸入隔離程度的指標。對于具有多個輸入通道的ADC，串擾是從一個模擬輸入耦合到另一個模擬輸入的信號量。此值通常以分貝 （dB） 為單位指定。對于具有多個輸入通道的DAC，串擾是更新另一個DAC輸出通道時DAC輸出上出現(xiàn)的噪聲量。

微分非線性 （DNL） 誤差

對于ADC，觸發(fā)任意兩個連續(xù)輸出代碼的模擬輸入電平應(yīng)相差一個LSB （DNL = 0）。與一個LSB的任何偏差都定義為DNL。對于DAC，DNL誤差是連續(xù)DAC代碼的理想輸出響應(yīng)與測量輸出響應(yīng)之間的差異。理想的DAC響應(yīng)的模擬輸出值應(yīng)相隔一個代碼（LSB）（DNL = 0）。（大于或等于 1LSB 的 DNL 規(guī)范保證單調(diào)性。（參見“單調(diào)性”。

圖2.用于 ADC 和 DAC 的 DNL。

數(shù)字饋通

數(shù)字饋通是數(shù)字控制線切換時DAC輸出上出現(xiàn)的噪聲。在圖中，DAC輸出的饋通是串行時鐘信號噪聲的結(jié)果。

圖3.數(shù)字饋通。

動態(tài)范圍

動態(tài)范圍通常以dB表示，定義為器件本底噪聲與其指定的最大輸出電平之間的范圍。ADC的動態(tài)范圍是ADC可以解析的信號幅度范圍;動態(tài)范圍為60dB的ADC可以分辨x至1000x的信號幅度。動態(tài)范圍在信號強度變化很大的通信應(yīng)用中非常重要。如果信號太大，則會超出ADC輸入的范圍。如果信號太小，它會在轉(zhuǎn)換器的量化噪聲中丟失。

有效位數(shù) （ENOB）

ENOB指定ADC在特定輸入頻率和采樣速率下的動態(tài)性能。理想ADC的誤差僅由量化噪聲組成。隨著輸入頻率的增加，總噪聲（特別是在失真分量中）也會增加，從而降低ENOB和SINAD。（參見'信噪比和失真比'）滿量程正弦輸入波形的 ENOB 計算公式為：

力檢測輸出

這是一種測量技術(shù)，其中電壓（或電流）被強制在電路中的遠程點，并測量（檢測）產(chǎn)生的電流（或電壓）。例如，具有集成輸出放大器的DAC有時包括力檢測輸出。輸出放大器的反相輸入可用于外部連接，反饋路徑必須從外部閉合。

全功率帶寬 （FPBW）

ADC在施加的模擬輸入等于或接近轉(zhuǎn)換器規(guī)定的滿量程幅度時工作。輸入頻率增加到數(shù)字化轉(zhuǎn)換結(jié)果幅度減小3dB的點。該輸入頻率定義為全功率輸入帶寬。

滿量程 （FS） 錯誤

滿量程誤差是觸發(fā)向滿量程轉(zhuǎn)換的實際值與理想的模擬滿量程轉(zhuǎn)換值之間的差值。滿量程誤差等于失調(diào)誤差+增益誤差，如圖所示。

圖4.ADC和DAC的滿量程誤差。

滿量程增益誤差 （DAC）

數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的滿量程增益誤差是實際輸出范圍和理想輸出范圍之間的差值。實際跨度由所有輸入設(shè)置為 1s 時的輸出確定，當所有輸入設(shè)置為 0s 時減去輸出。任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的滿量程增益誤差都可能受到用于測量增益誤差的基準電壓源選擇的影響。

增益誤差

ADC或DAC的增益誤差表示實際傳遞函數(shù)的斜率與理想傳遞函數(shù)斜率的匹配程度。增益誤差通常以LSB或滿量程范圍的百分比（%FSR）表示，可以使用硬件或軟件進行校準。增益誤差是滿量程誤差減去失調(diào)誤差。

圖5.ADC和DAC的增益誤差。

增益誤差漂移

增益誤差漂移是環(huán)境溫度變化引起的增益誤差變化，通常以ppm/°C表示。

增益匹配

增益匹配表示多通道ADC中所有通道的增益相互匹配的程度。要計算增益匹配，請將相同的輸入信號應(yīng)用于所有通道，并報告增益的最大偏差，通常以dB為單位。

毛刺脈沖

毛刺脈沖是發(fā)生主進位轉(zhuǎn)換時DAC輸出端出現(xiàn)的電壓瞬變。通常以nV?s測量，它等于電壓與時間圖上的曲線下面積。

諧波

周期信號的諧波是信號基頻的正弦波倍數(shù)。

積分非線性 （INL） 誤差

對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，INL是實際傳遞函數(shù)與直線的偏差。消除失調(diào)和增益誤差后，直線要么是最佳擬合直線，要么是在傳遞函數(shù)端點之間繪制的直線。INL通常被稱為“相對精度”。

圖6.用于 ADC 和 DAC 的 INL。

互調(diào)失真 （IMD）

IMD是一種現(xiàn)象，其中電路或器件中的非線性會產(chǎn)生原始信號中沒有的新頻率分量。IMD包括諧波失真和雙音失真的影響。它被測量為那些選定的互調(diào)產(chǎn)物（即IM2至IM5）的總功率與兩個輸入信號f1和f2的總功率。信號 f1 和 f2 的振幅相等，頻率非常接近。二階至五階互調(diào)產(chǎn)物如下：

二階互調(diào)積 （IM2）： f2 + f1， f2 - f2

三階互調(diào)積 （IM3）： 3 x f2 - f1， 2 x f2 - f2， 1 x f2 + f1， 2 x f2 + f2

四階互調(diào)積 （IM4）： 4 x f3 - f1， 2 x f3 - f2， 1 x f3 + f1， 2 x f3 + f2

五階互調(diào)積 （IM5）：5 x f3 - 1 x f2、2 x f3 - 2 x f2、1 x f3 + 1 x f2、2 x f3 + 2 x f2。

最低有效位 （LSB）

在二進制數(shù)中，LSB 是組中權(quán)重最小的位。通常，LSB是最右位。對于ADC或DAC，LSB的權(quán)重等于轉(zhuǎn)換器的滿量程電壓范圍除以2N，其中 N 是轉(zhuǎn)換器的分辨率。對于單極性滿量程電壓為 12.2V 的 5 位 ADC，1LSB = （2.5V/212) = 610μV

Major-Carry Transition

在主要進位轉(zhuǎn)換（大約中量程）時，MSB 從低電平變?yōu)楦唠娖剑衅渌粡母唠娖阶優(yōu)榈碗娖?，或?MSB 從高電平變?yōu)榈碗娖剑衅渌粡牡碗娖阶優(yōu)楦唠娖健＠纾?1111111到 10000000 是主要進位轉(zhuǎn)換。主進位轉(zhuǎn)換通常會產(chǎn)生最差的開關(guān)噪聲。（請參閱毛刺脈沖。

單調(diào)

如果對于每個 n，Pn + 1 大于或等于 Pn，則序列單調(diào)增加。類似地，如果對于每個 n，Pn + 1 小于或等于 Pn，則序列單調(diào)遞減。如果模擬輸出總是隨著DAC代碼輸入的增加而增加，則DAC是單調(diào)的。如果數(shù)字輸出代碼總是隨著ADC模擬輸入的增加而增加，則ADC是單調(diào)的。如果 DNL 誤差不大于 ±1LSB，則保證轉(zhuǎn)換器單調(diào)。

最高有效位 （MSB）

在二進制數(shù)中，MSB 是數(shù)字中權(quán)重最高的位。通常，MSB 是最左邊的位。

乘法運算DAC （MDAC）

乘法DAC允許將交流信號施加到基準輸入。通過將目標信號饋入基準輸入并使用DAC代碼對信號進行縮放，DAC可用作數(shù)字衰減器。

無失碼

如果ADC根據(jù)施加到模擬輸入的斜坡信號產(chǎn)生所有可能的數(shù)字代碼，則ADC沒有失碼。

奈奎斯特頻率

奈奎斯特原理指出，為了允許模擬信號完全表示而沒有混疊效應(yīng)，ADC的采樣速率必須至少是信號最大帶寬的兩倍。此最大帶寬稱為奈奎斯特頻率。

偏移二進制編碼

偏移二進制是一種通常用于雙極性信號的編碼方案。在偏移二進制編碼中，最負值（負滿量程）由所有零 （00...000） 表示，最正值（正滿量程）由所有 11 （111...10） 表示。零刻度由 000 （MSB） 后跟所有零 （<>...<>） 表示。該方案類似于直接二進制編碼，通常用于單極性信號。（請參閱二進制編碼，單極性。

失調(diào)誤差（雙極性）

雙極性轉(zhuǎn)換器中失調(diào)誤差的測量與單極性轉(zhuǎn)換器中的失調(diào)誤差測量相似。然而，在零尺度下測量的誤差位于雙極傳遞函數(shù)的中點。（請參見偏移誤差（單極性）。

失調(diào)誤差（單極性）

失調(diào)誤差，通常稱為“零刻度”誤差，表示實際傳遞函數(shù)與單個點的理想傳遞函數(shù)的匹配程度。對于理想的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，第一次躍遷發(fā)生在零以上0.5LSB。對于ADC，零電平電壓施加到模擬輸入并增加，直到發(fā)生第一次轉(zhuǎn)換。對于DAC，失調(diào)誤差是對全為零的輸入代碼的模擬輸出響應(yīng)。

圖7.ADC和DAC的失調(diào)誤差

失調(diào)誤差漂移

失調(diào)誤差漂移是環(huán)境溫度變化引起的失調(diào)誤差變化，通常以ppm/°C表示。

過采樣

對于ADC，以遠高于奈奎斯特頻率的速率對模擬輸入進行采樣稱為過采樣。過采樣通過有效降低本底噪聲來提高ADC的動態(tài)性能。改進的動態(tài)性能反過來又會帶來更高的分辨率。過采樣是Σ-Δ型ADC的基礎(chǔ)。

另見應(yīng)用筆記揭秘Σ-Δ型ADC的神秘面紗

相位匹配

相位匹配表示應(yīng)用于多通道ADC中所有通道的相同信號的相位匹配程度。相位匹配是所有通道中相位的最大偏差，通常以度為單位報告。

電源抑制 （PSR）

電源抑制比（PSRR）是直流電源電壓的變化與由此產(chǎn)生的滿量程誤差變化之比，以dB表示。

量化誤差

對于ADC，量化誤差定義為實際模擬輸入與該值的數(shù)字表示之間的差值。（參見'量化'）

比率測量

施加到傳感器（即稱重傳感器或電橋）的信號的一部分施加到ADC的基準電壓輸入，而不是恒定值的基準電壓。這種類型的測量稱為比率測量，可消除基準電壓變化引起的任何誤差。下圖顯示了使用電阻電橋進行比率測量的示例。

圖8.使用電阻橋網(wǎng)絡(luò)進行比率測量。

分辨率

ADC分辨率是用于表示模擬輸入信號的位數(shù)。為了更準確地復制模擬信號，必須提高分辨率。使用更高分辨率的ADC還可以降低量化誤差。對于DAC，分辨率相似，但相反——增加應(yīng)用于更高分辨率DAC的代碼會在模擬輸出中產(chǎn)生更小的步長。

均方根 （RMS）

交流波形的均方根值是該信號的有效直流值或直流等效值。交流波形的RMS值是通過取交流波形的平方根，隨時間變化的平方和平均來計算的。對于正弦波，RMS值是峰值的2/2（或0.707）倍，是峰峰值的0.354倍。

采樣率/頻率

采樣速率或采樣頻率以每秒采樣數(shù) （sps） 表示，是 ADC 采集（采樣）模擬輸入的速率。對于每次轉(zhuǎn)換執(zhí)行一個采樣的ADC（例如SAR、閃存和流水線ADC），采樣速率也稱為吞吐速率。對于Σ-Δ型ADC，采樣速率通常遠高于輸出數(shù)據(jù)速率。

建立時間

對于DAC，建立時間是命令更新（更改）其輸出值與達到其最終值之間的時間間隔，在指定的百分比內(nèi)。建立時間受輸出放大器的壓擺率以及放大器振鈴量和信號過沖的影響。對于ADC，采樣電容上的電壓穩(wěn)定到1 LSB以內(nèi)所需的時間必須小于轉(zhuǎn)換器的采集時間。

信噪比和失真 （SINAD）

SINAD 是正弦波的 RMS 值（ADC 的輸入或 DAC 的重構(gòu)輸出）與轉(zhuǎn)換器噪聲加失真（不含正弦波）的 RMS 值之比。RMS噪聲加失真包括奈奎斯特頻率以下的所有頻譜分量，不包括基波和直流偏移。SINAD 通常以 dB 表示。

信噪比 （SNR）

SNR是給定時間點所需信號的幅度與噪聲信號幅度的比值。對于從數(shù)字樣本完美重建的波形，理論最大SNR是滿量程模擬輸入（RMS值）與RMS量化誤差（殘余誤差）之比。理想的理論最小ADC噪聲僅由量化誤差引起，直接由ADC的分辨率（N位）產(chǎn)生：

（除量化噪聲外，實際ADC還會產(chǎn)生熱噪聲、基準噪聲、時鐘抖動等。

有符號二進制編碼

有符號二進制是一種編碼方案，其中 MSB 表示二進制數(shù)的符號（正或負）。因此，-8 的 2 位表示10000010，+2 的表示00000010。

壓擺率

壓擺率是DAC輸出可以改變的最大速率，或ADC輸入在不導致數(shù)字化輸出誤差的情況下可以改變的最大速率。對于帶輸出放大器的DAC，指定的壓擺率通常是放大器的壓擺率。

小信號帶寬 （SSBW）

要測量SSBW，應(yīng)向ADC施加幅度足夠小的模擬輸入信號，使其壓擺率不會限制ADC性能。然后，掃描輸入頻率，直到數(shù)字化轉(zhuǎn)換結(jié)果的幅度減小-3dB。SSBW通常受到相關(guān)采樣保持放大器性能的限制。

無雜散動態(tài)范圍 （SFDR）

SFDR是基波（最大信號分量）的RMS幅度與下一個最大雜散分量的RMS值之比，不包括直流偏移。SFDR 以相對于載波的分貝 （dBc） 為單位指定。

總諧波失真 （THD）

THD測量信號的失真成分，并以相對于載波的分貝（dBc）為單位。對于ADC，THD是輸入信號的選定諧波的RMS總和與基波本身的比值。測量中僅包括奈奎斯特極限內(nèi)的諧波。

跟蹤并保持

采樣保持電路通常稱為“采樣保持”，是指ADC的輸入采樣電路。采樣保持輸入的最基本表示形式是模擬開關(guān)和電容。（見圖。當開關(guān)閉合時，電路處于“跟蹤”模式。當開關(guān)斷開時，輸入的最后一個瞬時值保持在采樣電容上，電路處于“保持”模式。

圖9.基本的跟蹤和保持。

過渡噪聲

轉(zhuǎn)換噪聲是導致ADC輸出在相鄰輸出代碼之間切換的輸入電壓范圍。隨著模擬輸入電壓的增加，由于相關(guān)的轉(zhuǎn)換噪聲，定義每個代碼轉(zhuǎn)換發(fā)生位置的電壓（代碼邊沿）是不確定的。

二的補碼編碼

Two's 補碼是一種正數(shù)和負數(shù)的數(shù)字編碼方案，可簡化加法和減法計算。在此方案中，8 -2 的 11111110 位表示，2 +00000010 的表示。

欠采樣

欠采樣是一種ADC采樣速率低于模擬輸入頻率的技術(shù)，這種情況會導致混疊。鑒于奈奎斯特準則，自然可以預期欠采樣會導致信號信息丟失。但是，通過正確濾波輸入信號并正確選擇模擬輸入和采樣頻率，包含信號信息的混疊分量可以從較高頻率轉(zhuǎn)換為較低頻率，然后進行轉(zhuǎn)換。這種方法有效地將ADC用作下變頻器，將更高帶寬的信號轉(zhuǎn)移到ADC的目標頻段。要使這種技術(shù)取得成功，ADC采樣保持電路的帶寬必須能夠處理預期的最高頻率信號。

單極的

對于具有單端模擬輸入的ADC，單極性輸入范圍為零電平（通常為地）至滿電平（典型基準電壓）。對于具有差分輸入的ADC，單極性輸入范圍從零電平到滿量程，輸入測量為相對于負輸入的正輸入。

零電平誤差

參見失調(diào)誤差（單極性）。