第三回合:可重复性研究
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系统重复性不同于系统精确度。利用系统重复性,您可以对比逐个转换的数据。帮助定义可重复性的规范就是噪声。就单个模拟器件而言,例如:可编程增益放大器 (PGA) 或者驱动放大器的 ADC 等,您可以利用比器件带宽低十倍频的高频噪声密度性能,然后乘以该值,再乘以闭环带宽和(p/2)的平方根。(p/2)平方根的倍数代表器件带宽以外区域的噪声。Devicerms-RTI-noise = Ö(p/2 * DeviceNOISE@10KHZ)方程式 1: RMS 放大器噪声计算系统的总噪声时,您可以使用一个方和根 (RSS) 公式,组合电路输入端的这些噪声源。Noise (RTI) = Ö(PGArms-noise2 + (OPArms noise2 + ADCrms-noise2) / GAINPGA)方程式 2:总体RMS系统噪声如果您仅允许二分之一比特误差,则您会发现 PGA-SAR 系统使用高达 16V/V 的模拟增益才能达到 12 比特可重复性性能。请注意,本电路中 PGA116 和 OPA350 的 10kHz rms 噪声密度为 12 nV/ÖHz和5 nV/ÖHz。对 ADC 噪声的贡献度等于 26.9 mVrms。表 1 PGA-SAR 和 ΔΣ 系统的基线数据加可重复性误差PGA-SAR 系统无法使用 16V/V 以上的 PGA 增益达到 12 比特级别的可重复性(参见表 1)。那么,Δ-Σ 系统会怎么样呢?当谈及噪声时,Δ-Σ 转换器可让板设计人员从冗长乏味的模拟计算中解放出来。就我们所使用的器件 (ADS1258) 来说,有效分辨率为 19.5 比特。在一个 5V 系统中,19.5 比特分辨率转换成可重复伏特也就等于 12 mVrms 的噪声。无论 Δ-Σ 转换器的过程增益(参见图 1)如何,12 mVrms 噪声级别可应用于转换器所有增益的性能。这与 PGA 增益影响噪声级别的 PGA-ADC 电路不同。如果我们从输入的角度来研究 Δ-Σ 系统,我们便能理解系统最低有效位 (LSB) 的大小。过程增益为 1 时,RTI 系统 LSB 大小等于 1.22 mV,且噪声级别为 12 mVrms。随着过程增益的增加,系统LSB大小下降,同时参考输入 (RTI) 噪声保持恒定。例如,过程增益为 128 时,理论 RTI LSB 系统大小为 9.54mV,而 Δ-Σ 转换器的噪声级别仍然为 12mVrms。图 1 24 位 Δ-Σ 转换器的过程增益如果我们在表 1(第 6 列和第 7 列)所示噪声方面研究 Δ-Σ 转换器系统,我们会看到一个具有高达 32 过程增益的较好 12 位系统。PGA-SAR 系统重复性产生了一种 12 位现成的解决方案,其模拟增益为 1 到 16 V/V。Δ-Σ 系统重复性产生了一种过程增益为 1 到 32 的 12 位现成解决方案。在这一评估中,Δ-Σ 系统稍稍胜过 PGA-SAR 系统的噪声性能。参考文献《SAR 和 Δ-Σ ADC 吞吐时间对比》,作者:Baker, Bonnie。《最佳解决方案带来精确度》,作者:Baker, Bonnie。《系统决定 ADC 选择还是技术决定 ADC 选择》,作者:Baker, Bonnie。