ADC芯片類型

模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADCs)將一個模擬電壓信號轉(zhuǎn)換至一個二進(jìn)制數(shù)字（一系列的1和0）, 最終將其轉(zhuǎn)換至一個數(shù)值（十進(jìn)制數(shù)），以用來在儀表，監(jiān)視器或者圖表上進(jìn)行顯示。二進(jìn)制位的位數(shù)，也就是我們常說的比特（bits）數(shù)代表了模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度。但是，轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)也僅僅是一個對真實電壓值的近似模擬，因為電壓值是在離散的步數(shù)下采集的。至于轉(zhuǎn)換后的數(shù)值和真實的模擬值之間的接近程度則取決于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的轉(zhuǎn)換精度。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和理論精度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：一個n位的ADC的分辨率是2n 。例如，一個12位的ADC具有的量化精度為212=4096個單位，因此，一個12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器如果輸入的最大電壓為10V的話。那可以將這個測量的最小電壓變化為10VDC/4096 = 0.00244VDC=2.44mV同樣的，對于0到10VDC的范圍，一個16 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度就是10/216=10/65536=0.153mV。分辨率通常是針對全范圍模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀數(shù)范圍而言的，并不是針對具體的任何特定的實例。

逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCs）

一個逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，如圖2.01所示，是由一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC), 一個比較器和一些控制邏輯和寄存器構(gòu)成。當(dāng)被測的模擬電壓出現(xiàn)在比較器的輸入端的時候，系統(tǒng)控制邏輯電路將會將所有的位數(shù)置為零。然后DAC的最高有效位（MSB）將會被置為１，這將使得DAC的輸出成為全量程的1/2 (如果全量程是10V的系統(tǒng)的話，那DAC的輸出就是5.0V)。比較器將比較DAC的模擬輸出信號和輸入端信號，如果DAC的輸出端信號小于輸入端信號(信號大于全范圍的1/2量程范圍），那么首位將保持在１. 如果DAC輸出高于輸入信號，那么首位將被重置到0。

接著，具有1/4 權(quán)重的第二個重要位打開（設(shè)置為1）并且迫使DAC的輸出為3/4滿量程（如果重要位仍舊保持為1）或者1/4滿量程（如果重要位被重置為0）。比較器將進(jìn)一步比較DAC的輸出和輸入信號，如果DAC的輸出信號低于輸入信號，那么第二位仍舊保持打開狀態(tài)（設(shè)置為1），如果DAC輸出信號高于輸入信號的話，則將設(shè)置為0。第三重要位將以同樣的方式和過程進(jìn)行比較直到最低有效位(LSB)。在這個過程的最后，輸出寄存器將包含代表模擬輸入信號的數(shù)字編碼。

逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器相對來說工作速率較為緩慢，因為比較是串聯(lián)發(fā)生的，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換在每一步都會被暫停以設(shè)置DAC并且等待它的輸出穩(wěn)定。即使如此，轉(zhuǎn)換速率也很容易就可以達(dá)到1MHz/S. 同樣，12和16位連逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換將相對便宜，適用于很多基于PC的數(shù)字采集系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。

圖2.01 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器

圖2.02 電壓頻率模數(shù)轉(zhuǎn)換器

電壓到頻率模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCs）

電壓到頻率模數(shù)轉(zhuǎn)換器將一個模擬輸入電壓轉(zhuǎn)換為一個脈沖隊列，該脈沖隊列的頻率正比于輸入信號的幅值（如圖 2.02所示）。在一個給定的周期內(nèi)，脈沖將會被計數(shù)以決定輸入信號的頻率，脈沖計數(shù)器依次輸出會用來表示數(shù)字電壓。

電壓到頻率的轉(zhuǎn)換將會具有一個高噪聲抵抗特性，因為輸入信號將會在計數(shù)區(qū)間內(nèi)被有效的累積。電壓到頻率的變換通常被用來轉(zhuǎn)化緩變和噪聲信號。電壓到頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器經(jīng)常被用于在噪聲環(huán)境下的遠(yuǎn)程傳感。遠(yuǎn)端的輸入電壓將被轉(zhuǎn)換為一個頻率，數(shù)字沖擊序列將會通過一對線連接至計數(shù)器。這將會消除在傳輸一個較長距離模擬信號過程中被引入的噪聲。

積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCs）：雙積分型

許多模數(shù)轉(zhuǎn)換器都是用積分技術(shù)，它們通過測量電容充放電所需的時間來采集輸入電壓。這種廣泛使用的技術(shù)，被稱作雙斜率積分技術(shù)。如圖2.03顯示。它在一個固定時期內(nèi)使用正比于輸入電壓的電流對一個雙斜率電容進(jìn)行充電。接著，通過記錄對同一個電容下放電所需要的時間來決定輸入電壓。因為這個技術(shù)依賴于上升時間和下降時間的比率，而不依賴于會隨著溫度和時間變化的電容或其他組件，因此這種方式相對準(zhǔn)確和穩(wěn)定。

當(dāng)一個模擬電路的積分時間和多個AC周期相匹配的時候，在一定的間隔內(nèi)積分模擬數(shù)字電路的輸入將會在模擬轉(zhuǎn)換線路上降低噪聲采集效應(yīng)。出于這個原因，這個技術(shù)經(jīng)常被使用在高精度的數(shù)字萬用表和儀表板顯示上。對于這種ADC可以輕松實現(xiàn)20位精度，但它具有一個相對緩慢的轉(zhuǎn)換速率，例如最大60Hz, 當(dāng)整合多個斜率時，這個轉(zhuǎn)換速度還會被降低。

圖2.03 雙斜率積分模擬數(shù)字電路

Sigma-Delta型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCs）

Sigma-Delta模擬數(shù)字電路是另一種類型的積分模擬數(shù)字電路。它包含了一個積分器，一個DAC，一個比較器，一個累加節(jié)點。就像雙積分型模擬數(shù)字電路一樣，它經(jīng)常被用在數(shù)字萬用表，儀表板和數(shù)據(jù)采集板卡上。由于只使用了一個單比特的DAC，Sigma-delta轉(zhuǎn)換器相對價格低廉，但是通過過采樣技術(shù)依然可以實現(xiàn)高精度測量。盡管這種ADC在低帶寬的信號下表現(xiàn)最好，但是它明顯比其它類型的ADC具有更好的抗噪性能，此外，用戶還可以設(shè)計積分時間。

Sigma–Dleta 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器通常需要一些外部組件。在很多情況下，它可以直接采集低電平信號而無需信號調(diào)理。由于DAC本身的架構(gòu)，他們并不需要調(diào)整或校準(zhǔn)組件。Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器通常帶有一個數(shù)字濾波器，使得他們可以在輸入端無需一個獨立的抗混疊濾波器就能工作在一個高過采樣率下。Sigma-delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有16至24位的精度，使得它們成為大多數(shù)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)方案。

圖2.04 Sigma-Delta 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

圖2.05 Sigma-Delta 具有數(shù)字濾波和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和抽取階段

從操作的原則可以從圖中了解到，輸入電壓Vin和 DAC的輸出電壓進(jìn)行算術(shù)相加，同時積分器將累加點輸出和之前存儲的數(shù)值相加。當(dāng)積分器輸出等于或者大于零時，比較器輸出切換至邏輯1，當(dāng)積分器輸出小于零的時候，比較器輸出為邏輯零。DAC模組具有反饋回路，它將連續(xù)調(diào)整比較器的輸出使其和模擬端輸入的數(shù)值相同并且保持積分器的輸出為零。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的作用是保持積分器的輸出至參考電壓水平。

通過一系列迭代，輸出信號將變成一個一位的數(shù)據(jù)流（工作在高采樣率下）接至一個數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器將對其邏輯0和邏輯1取平均值從而決定帶寬和穩(wěn)定時間，最后輸出多位字節(jié)的數(shù)據(jù)。數(shù)字低通濾波器再接至一個降采樣濾波器，從而降低了多位數(shù)字流的采樣率，降低的比率每個級別為2。例如，一個七級的濾波器能夠提供一個采樣率的降低率為128。

提升的精度

如圖2.05所示的數(shù)字濾波器將以兩種方式提升模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度。首先，當(dāng)輸入信號變化時(正弦波輸入)系統(tǒng)將以數(shù)倍于奈奎斯特值的速率對信號進(jìn)行采樣，對于輸入信號，積分器將變成一個低通濾波器，對于量化噪聲，積分器則變成一個高通濾波器。數(shù)字濾波器的平均值將進(jìn)一步降低噪聲門限，通過結(jié)合降采樣濾波器的使用，輸出端的數(shù)據(jù)流頻率將會被降低。例如，調(diào)制頻率將會在MHz范圍，但是輸出數(shù)據(jù)將會在kHz范圍。其次，數(shù)字濾波器可以設(shè)置用于去除50/60Hz的工頻干擾。

從降采樣濾波器輸出的數(shù)據(jù)采樣率將低于內(nèi)部采樣率，但仍舊能夠通過保存確定的采樣并且消除其它的樣本來滿足奈奎斯特條件。只要輸出數(shù)據(jù)的頻率兩倍于信號的帶寬就可以了，降采樣參數(shù)M可以是任何整數(shù)的數(shù)值。例如，如果輸入以fs被采樣到的話，那么輸出數(shù)據(jù)的速率在不損失信息的情況下達(dá)到fs/M。這個技術(shù)能夠提供更多穩(wěn)定的讀數(shù)。（具體請參考表2.06）

圖2.06 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的屬性

精度和分辨率

當(dāng)您選擇一個ADC用于測試測量應(yīng)用時，精度是最關(guān)鍵的考量因素之一然而，它經(jīng)常會和分辨率混淆，盡管兩者相關(guān)，但它們兩者完全不同。在這一章，我們將詳細(xì)討論兩者與校準(zhǔn)，線性度，丟碼和噪聲之前的關(guān)系。

精度與分辨率比較

每一個模數(shù)轉(zhuǎn)換測量都會包含一系列無法避免，獨立的錯誤。它們將會對精度產(chǎn)生影響。當(dāng)

代表了每個獨立的錯誤, 那么總的錯誤就可以表示如下:

以上的等式表示了一系列的傳感器異常引起的錯誤，噪聲, 放大增益和偏移，ADC的量化誤差（分辨率錯誤），以及其它一些因素。

量化誤差

在一個理論上完美的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中,任何一個檢測到的模擬電壓信號應(yīng)該被一個單一的數(shù)字碼所表示，精確到無限位。但是在一個真實模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，可被量化的信號與真實信號之前總存在一個“間隙”,這個“間隙”的大小取決于ADC電路最小可分辨量。以12位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換一個10V直流信號為例, 間隔值為2.44mV，它被稱之為最低有效位（LSB）。

換句話說，模擬輸入電壓范圍被分割為離散的區(qū)間，只有大于這個間隔的電壓信號能夠被正常轉(zhuǎn)換，這就是ADC的分辨率對于12位的ADC, 誤差是±1.22mV(0.0122%)。因此表征ADC的錯誤有以下三種方式：發(fā)生錯誤的最低有效位(LSBs)；指定范圍內(nèi)的電壓偏移誤差；讀書誤差的百分比。大多模數(shù)轉(zhuǎn)換電路并不像他們所標(biāo)注的分辨率那樣的精確，然而，因為其它錯誤都將反應(yīng)到增益，線性度，丟碼，偏置等誤差指標(biāo)。然而,一個好的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的精度將接近于它所指定的精度。

圖2.07 通用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換錯誤

ADC 精度 vs. 系統(tǒng)精度

校準(zhǔn)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器通常和硬件，軟件或者兩者的組合一起被校準(zhǔn)。在這種情況下，校準(zhǔn)意味著調(diào)整一個模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的增益和偏置以獲得指定的輸入到輸出傳遞函數(shù)。在一個硬件配置例子中，例如，一個驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的儀器放大器有它自己的偏置和增益，它們可以通過電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時通過改變模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的參考電壓可以改變它的增益。在硬件/軟件校準(zhǔn)中，軟件將指導(dǎo)數(shù)模轉(zhuǎn)換器至零偏置并將電壓設(shè)置到滿量程。最后，在軟件校準(zhǔn)中，校準(zhǔn)系數(shù)將被存儲在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或者計算機(jī)的非易失性內(nèi)存中。他們用來計算模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀數(shù)相關(guān)的正確的數(shù)字值。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器在銷售給用戶之前都會在工廠內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)，但是時間和操作溫度會將改變工廠校準(zhǔn)的結(jié)果。通常半年或者一年之后模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器都需要重新進(jìn)行校準(zhǔn)，對于16位精度或者更高精度的ADC我們需要進(jìn)行更為頻繁的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的步驟各異，但通常都需要有一個穩(wěn)定的參考源并且有一個三倍于用于校準(zhǔn)設(shè)備精度的計量儀。在沒有輸入的情況下，偏置通常被設(shè)置為0，增益被設(shè)成在當(dāng)前溫度下的最大量程，同時對輸入端施加滿量程電壓。

在很多的測量應(yīng)用中，輸入電壓僅僅代表了被測量的物理量。因此，只有當(dāng)整個系統(tǒng)而不是部分系統(tǒng)被校準(zhǔn)的時候系統(tǒng)的精度將得到提高。例如，假設(shè)一個給定負(fù)載和激勵電壓的載荷傳感器。校準(zhǔn)單獨的部件意味著，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，載荷傳感器和激勵源的精度容差都將得到一個疊加效應(yīng)。用系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，錯誤源的每個部分將被疊加起來并產(chǎn)生一個總的錯誤值，這個錯誤值將大于在一個給定的精度負(fù)載下進(jìn)行校準(zhǔn)所產(chǎn)生的誤差。同時還將獲得一個輸入負(fù)載和輸出電壓之間的直接關(guān)系。

線性化

當(dāng)輸入電壓和模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出讀數(shù)偏離與對角線（代表了無限分辨率）多于如圖2.07所示的理想階梯函數(shù)的時候，那么模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器錯誤將基本上無法通過校準(zhǔn)來消除。對角線代表了一種輸入和輸出之間理想的，無限分辨率的關(guān)系。這種模數(shù)轉(zhuǎn)換錯誤被稱為非線性錯誤。一個被校準(zhǔn)過的模數(shù)轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的最大非線性錯誤應(yīng)該在靠近輸入范圍的中間部分。一般來說，在一個好的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中非線性應(yīng)該不超過一個最小二進(jìn)制位。

丟碼

一個高質(zhì)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)當(dāng)能夠在它分辨率以內(nèi)的任何輸入電壓都能產(chǎn)生一個精確的輸出電壓，也就是，它應(yīng)當(dāng)能夠不會跳過任何連續(xù)的數(shù)字碼。但一些模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器并不能對一個指定的模擬輸入產(chǎn)生一個精確的數(shù)字輸出。如圖2.07D所示，例如，顯示了對于任何電壓輸入一個典型的3位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器并不能轉(zhuǎn)換代表了幅值4的輸出電壓。這種類型的錯誤通常同時會影響到模擬數(shù)字電路的精確度和分辨率。

噪聲

模數(shù)轉(zhuǎn)換器的成本通常和它的精度，位數(shù)和穩(wěn)定性成正比例。但即使是最昂貴的模數(shù)轉(zhuǎn)換器當(dāng)測量信號受到過量的電子噪聲干涉的時候它的精度也需要受到妥協(xié)，不管這個信號是毫伏級別或者更大。

例如，許多插在PC擴(kuò)展槽上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器都會遇到過量電子噪聲的問題，它們將嚴(yán)重影響到設(shè)備的精度，可重用性，以及穩(wěn)定性。但是一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器并不一定必須直接連到電腦的內(nèi)部總線上.。一個安裝在外部閉合系統(tǒng)上的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通常就能解決這個問題。它能夠通過IEEE 488（GPIB）總線，以太網(wǎng)，串行接口以及并行接口和計算機(jī)進(jìn)行通信。

如果必須要講一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器放置在計算機(jī)機(jī)身內(nèi)的話,那我們必須檢查它的噪聲級別。

將一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端子連接至一個信號公共端將會產(chǎn)生一個0V的輸出。如果當(dāng)它短接的時候仍舊讀取一個值，那么在電路板上產(chǎn)生的噪聲將會和所需的輸入信號產(chǎn)生干涉。當(dāng)使用一個外部的電源供電的時候，就需要做更多的診斷，因為供電電源和輸入端均可能產(chǎn)生噪聲。

數(shù)字濾波通常需要三個步驟。首先，數(shù)字信號受制于傅立葉變換。然后再頻域內(nèi)信號的振幅會和期望的頻率響應(yīng)相乘。最后變換后的信號通過反傅立葉變換在轉(zhuǎn)換回時域。圖3.15顯示了數(shù)字濾波用于在噪聲信號后的效果。圖中的實線代表了未濾波的信號，而兩條虛線則顯示了不同的數(shù)字濾波器的效果。數(shù)字濾波器具有可以剪裁至適合任意頻率響應(yīng)同時又不會引入相位誤差的效果。然后，數(shù)字濾波器的一個缺點是它不能用于抗擾動。

噪聲降低和測量精度

一種用來降低噪聲并且保證測量精度的方法就是消除接地回路，也就是連接不同設(shè)備之間地流經(jīng)的電流。接地回路通常在一個系統(tǒng)內(nèi)的兩個或多個設(shè)備之間發(fā)生，例如在一臺測量儀器與一個傳感器之間，通常被連接至不同物理位置的地端。在每個接地點的實際電勢之間的輕微偏差將會產(chǎn)生從一個設(shè)備至另一個設(shè)備之間的電流流動。

這個電流, 通常流經(jīng)一對測量導(dǎo)線的低電勢端,將會產(chǎn)生一個壓降,這個壓降通常會在信號調(diào)理設(shè)備處或者模數(shù)轉(zhuǎn)換器端表現(xiàn)為一個噪聲或者測量誤差。當(dāng)至少一個設(shè)備可以隔離的時候,例如傳感器,若地端路徑被打開的時候,沒有電流流過,這時噪聲和誤差將會被消除. 信號調(diào)理或者模數(shù)轉(zhuǎn)換器部分附帶的光學(xué)隔離器,特殊變壓器以及差分輸入操作放大器將能提供這種隔離。

模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換噪聲直方圖

模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)商經(jīng)常會通過代碼密測試來測試他們設(shè)備的準(zhǔn)確性(非線性效應(yīng)), 他們通常會向設(shè)備施加一個高精度的正弦波信號(具有精確的振幅和頻率), 并且使用直方圖進(jìn)行分析, 從而產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)換器輸出的一個數(shù)字代碼分布.對于特點頻率的和振幅的信號，一個完美的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器通常能夠在直方圖顯示垂直的一條線, 因為它對于每個采樣僅僅有一個值。但由于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路固有的非線性, 它會分布在該直線的兩邊的不同編碼位上。每個箱會被標(biāo)記一個單獨的數(shù)字輸出代碼, 并且它們代表了計數(shù)的發(fā)生次數(shù)或者在輸出處顯示的代碼次數(shù)。每個編碼位代表一次模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果，通過多次的統(tǒng)計可以得到類似圖2.08的統(tǒng)計正態(tài)分布圖。

如果n代表的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)分辨率的話, 那么我們就需要2的n次方個編碼位。.每個編碼位的寬度應(yīng)該為

FSR表示的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程范圍. 概率密度函數(shù)就有這個數(shù)值決定。為了讓直方圖的測試有意義, 我們需要根據(jù)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率大小來采樣一大批的數(shù)據(jù)。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器分辨率越高, 那么就需要越多的采樣, 最多可以達(dá)到500,000個采樣。

ENOB: 有效位數(shù)

盡管一個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的精度對于一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精確度來說很重要, 但它并不是最關(guān)鍵的。一個被廣泛使用并被證明可行的決定總測量精度的方法被稱之為有效位測試。有效位測試可以很有效的證明實際的系統(tǒng)測量精度小于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的標(biāo)稱精度。例如, 一個標(biāo)稱16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器, 在實際測試中它的性能表現(xiàn)可能更接近于一個13位的系統(tǒng)。然而,對于某些應(yīng)用來說,13位也許已遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠了。

有效位數(shù)測試將所有從輸入端子到輸出端子的電路都考慮進(jìn)去了, 同時也包括了模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換, 多路復(fù)用以及可能影響測量精度的其他的模擬/數(shù)字電路。它同時還包括了信噪比以及從其它源頭引入系統(tǒng)的任何噪聲所產(chǎn)生的效應(yīng)。

ENOB測試

ENOB測試就是我們通過使用生產(chǎn)商推薦的線材, 連接頭以及連接部件來對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在真實世界應(yīng)用中的表現(xiàn)進(jìn)行一個評估。它會考慮到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端: 模數(shù)轉(zhuǎn)換器, 多路復(fù)用器, 可編程增益放大器, 以及采樣和保持放大器。所有這些電路將會影響到數(shù)字化的輸出結(jié)果。所有前端設(shè)備引入的非線性, 噪聲, 失真以及其它反?，F(xiàn)象都會降低系統(tǒng)的精確度。同時, 對于多通道系統(tǒng), 光測試一個系統(tǒng)是不夠的。因為互擾的存在,一個通道上的錯誤可能會影響到另一個通道。

為了進(jìn)行ENOB測試, 首先建立一個精確的正弦波信號發(fā)生器, 并將它的輸出接至一個模擬輸入通道的輸入端。信號發(fā)生器應(yīng)當(dāng)所產(chǎn)生信號應(yīng)該是低噪聲和失真的。設(shè)置信號發(fā)生器的輸出幅值到剛好在板卡指定的最大輸入范圍以下。設(shè)定測試頻率至板卡最大可采樣頻率以下。接著, 將相鄰?fù)ǖ赖妮斎?a target="_blank">端口接地。以最大的采樣速率運行系統(tǒng)。對測試信號進(jìn)行采樣后將輸入端接地。在每個輸入端口捕捉1024個樣本并將這些樣本通過一個FFT算法去計算它的有效位的位數(shù)。

這項測試測量不同通道之間的扭轉(zhuǎn)效應(yīng), 諧波失真, 模擬電路, 模數(shù)轉(zhuǎn)換精度, 噪聲拾音器, 通道互擾率, 積分和差分型的非線性和偏差。盡管ENOB提供了一個很好的系統(tǒng)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的指標(biāo), 但它并不是一個特性值。它并不能作為信噪比和其它由廠商提供的錯誤指標(biāo)的一個替代物。然而, 不同的系統(tǒng)當(dāng)在同樣的環(huán)境下進(jìn)行測試的時候,彼此之間還是可以通過ENOB測試來做比較的。

模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出平均增益

提高精度

有一種錯誤的說法是如果對積分型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行平均的話, 那么測量系統(tǒng)理論上能夠?qū)τ趦?nèi)含噪聲的信號獲得更高的準(zhǔn)確率 這個理論的原理來自于這個信號時如何被數(shù)學(xué)平均的。例如, 對于一個單一的直流信號輸入, 對輸出進(jìn)行平均通常能夠獲得同樣的結(jié)果, 而且在準(zhǔn)確度上不會有很明顯的變化(不考慮校準(zhǔn)的影響)。但是對于一個可變的輸入信號，例如一個正弦波，大數(shù)據(jù)量的采樣將會產(chǎn)生一個高斯分布，就可以通過波峰進(jìn)行精確的定義。但是這些采樣不能夠聚集在采樣波形的一個指定的部分。為了得到一個真實的分布，模數(shù)轉(zhuǎn)換器必須以一個比抖動更低的采樣率進(jìn)行異步采樣。這種技術(shù)將會獲得一個總體均值，但不是一個局部均值。因此，在這種方式下，信號均值將會增加系統(tǒng)的測量分辨率。

更多穩(wěn)定的讀數(shù)

有時我們會對一個原本沒有噪聲的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入添加一個隨機(jī)噪聲信號（抖動信號），從而利用上面提到的平均值方法來提高準(zhǔn)確度和信號的穩(wěn)定度。這個技術(shù)可以使一個具有較少位的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器獲得更高的位數(shù)。但并不失去采樣準(zhǔn)確度。每次信號掃頻在時間上的每一點必須捕獲一個不同的隨機(jī)值。

因此，這個分布理論上的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換均值在一個足夠長的采樣窗口上必須保持為零。例如，如果16個數(shù)值被平均了，那么相對于沒有平均的輸出它將具有16倍多的可能值。這個技術(shù)將會增加有效的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨率至4個位。這就是通過引入噪聲實現(xiàn)的。