TI 高精度实验室 ADC 第一节

Introduction to analog-to-digital converters (ADCs)

Analog Input: Input Capacitance
模拟输入的输入电容

模拟输入电容作为ADC的重要参数，主要影响其充电过程。

ADC工作分为三个阶段：
1.采样阶段：输入引脚通过Rsh 对Csh充电
2.保持阶段：达到一定的时候后，断开输入。
3.转换阶段：ADC转换器以采样电容Csh的电压做转换

Input Leakage Current
输入泄漏电流
由于ADC IC ESD保护器件产生的。对外等效为电流源

Analog Input: Input Impedance
模拟输入的输入阻抗

Reference Input: Reference Input Voltage Range
参考输入:参考输入电压范围
输入阻抗和ADC内阻会形成通路在采样阶段会分压。

PGA 可编程增益
如果电阻值是可以确定的可以通过，计算消除电压的损失。
200K和1M 在12V电压下会分掉2V电压。利用公式可以回补。

Reference Input: Reference Input Voltage Range
参考输入:参考输入电压范围

输入参考电压的范围。
参考电压有时候会影响ADC的性能，具体看手册中的描述。

Reference Input: Reference current
参考输入:参考电流
这部分基本上会被我们忽视，平常也没有注意到。主要是硬件工程师的范畴

在AD转换的过程中，电容的比较会短暂的产生电流流动。在ns级的时间内可能会有高达10ma 的电流
这个时候在参考电压供电的地方需要配上缓冲电容以便快速响应，减少的扰动。

System Performance: Ideal Transfer Function
系统性能:理想的传递函数

采样bit： N
FSR 最大可测量范围
Vlsb = FSR / (2^N)
理想的传递曲线上图所示。

System Performance: Differential Nonlinearity
系统性能:微分非线性

微分非线性指的是和理想微分的差异。

System Performance: No Missing Code (NMC)
系统性能:无缺失代码(NMC)
ADC的转换结果编码不会跳码

Differential Nonlinearity (DNL) vs. Code
微分非线性(DNL)与编码

数据手册中关于微分非线性的典型值。

System Performance: Integral Nonlinearity (INL）
系统性能:积分非线性

Offset & Gain Error

ADC的理想传递曲线是线性的。通过两个端点可以计算出线性方程
斜率称为 Gain
线性方程的常量b为offset失调误差
主要受到电源电压，共摸电压的影响

共模、差模、共模信号、差模信号、共模干扰、差模干扰

链接：https://www.zhihu.com/question/60707390/answer/787066929
来源：知乎

共模就是指1、2与GND的关系而差模指的是1和2之间的关系。
简而言之共模关注的是信号线与地线间的关系而差模关注的是信号线间的关系。
共模信号和差模信号这两个概念多用于差分电路如（差分放大电路），还是以这个图为例，若1的电压为V1,2的电压为V2，则1和2的共模信号都为（V1+V2）/2，1的差模信号为（V1-V2）/2,2的差模信号为（V2-V1）/2，在这种概念的环境下，每根信号线兼具共模信号和差模信号两个参数，每个信号的共模信号与差模信号之和为自己（如V1=1的共模＋1的差模=（V1+V2）/2+ V1-V2）/2）。单独一根信号线没法谈共模差模，两根信号线才会有差模信号共模信号的说法，分别描述了这两根信号线电位与地线电位之差和这两根信号线电位之差。

最后说一说经常听到的共模干扰和差模干扰，联系前文，共模干扰就是指两条信号线与地之间的干扰信号，差模干扰就是两条信号线间的干扰信号。来源一般有两种：1、传导干扰主要就是地线电位不稳定带来干扰，地线电位如果发生浮动，那地线与信号线间的电压就会不稳定也就是共模电压不稳定，即产生了共模干扰。若两根线上的共模干扰电压不一致则还会使这两根信号线的差值发生浮动，引起差模干扰。我们常将信号线做成双绞线的原因就是让两根信号线的空间位置相对接近使它俩的共模干扰电压一致从而尽可能的消除了差模干扰，如果我们想得到的是信号线的差值，这样做就会大大减小误差。

如何理解共模抑制比?
作者：面壁求索
链接：https://www.zhihu.com/question/337883775/answer/773575381
来源：知乎

首先要了解共模信号为来自于电网、外部辐射、线路内部等的干扰信号，会相同地加载到信号线上，表现为对地电压。单线传播时会引起信号失真，所以一些信号线采用两线传输，其有效信号极性相反，两线间的电压相减就是差模信号，从而减少共模信号的影响。理想状况下，放大器的两输入端电路完全想同，信号中的共模成分被完全抵消，只放大差模信号，而实际无法做出完全一样的电路，这样在放大有效差分信号的同时又放大了一些共模信号。所以我们需要让放大器放大差模信号的能力比放大共模信号的能力尽可能的大，这就是共模抑制比CMRR的概念，即差模增益比上共模增益，CMRR越大放大精度越高误差越小，比如对于CMRR为100dB的的放大器，差模放大倍数设计为10倍则共模信号会被放大0.0001倍。

那么电源抑制比就是电压输入和输出波纹的比值。电源输入端发生扰动那么电源输出端也会有波动。这两个波动的比值。

Common Mode Rejection & Power Supply Rejection
共模抑制和电源抑制

输入端 Vpos，Vneg 输入误差为△Vcm 为共摸误差输入
相应的在ADC内部Vcm_error,
电源输入产生的误差△Vps导致电源输出△Vps_err
输出误差*抑制比得出输出误差err
实际输入的电压为Vin+Vcm_err+Vps_err+Vos

下图为共摸抑制比，电源抑制比的测量方式。硬件主导，软件知晓其参数来源，和测量方法

Signal to Noise Ratio (SNR)

信噪比

信噪比的概念计算公式和ADC理想信噪比
实际的信噪比，相比理想信噪比低很多。

非线性

左图是所示非线性关系，随着电压的升高转换曲线斜率变大，失真变大。右图是一个实际应用。正弦电压上升后由于ADC转换曲线的斜率误差，采集到的实际波形就会产生误差，也就是失真。

正弦波信号的失真会产生多个谐波分量。从而使用THD总谐波失真参数来进行衡量。