ADC/DAC核心指标:从静态精度到动态性能

一、静态指标(直流精度)

衡量器件在缓慢变化信号下的转换精度:

  1. 分辨率(Resolution):输出数字码(ADC)或输入数字码(DAC)的位数(如12位、16位),理论最小量化电平(1 LSB = 满量程电压 / 2^N)。

  2. 积分非线性(INL, Integral Nonlinearity):实际转换曲线与理想直线的最大偏差(单位:LSB),决定了大范围信号的线性度。

  3. 差分非线性(DNL, Differential Nonlinearity):相邻码值的实际步进与理想步进(1 LSB)的偏差(单位:LSB)。关键:若DNL ≤ -1 LSB,可能导致失码(Missing Codes)(ADC)或非单调性(Non-Monotonicity)(DAC)。

  4. 偏移误差(Offset Error):实际转换曲线零点与理想零点的偏差(ADC/DAC均存在)。

  5. 增益误差(Gain Error):实际满量程点与理想满量程点的斜率偏差。


二、动态指标(交流性能)

衡量器件在快速变化信号和高频下的表现:

  1. 信噪比(SNR, Signal-to-Noise Ratio):基波信号功率噪声功率(不含谐波)的比值(dB)。公式:SNR = 6.02N + 1.76 dB(理想值,N为位数)。

  2. 总谐波失真(THD, Total Harmonic Distortion):基波功率与指定阶次谐波(通常2~5次)功率和的比值(dB),反映非线性失真。

  3. 信噪失真比(SINAD, Signal-to-Noise-and-Distortion Ratio):基波功率与噪声+谐波总功率的比值(dB)。SINAD = 20·log₁₀(基波幅值 / √(噪声²+谐波²))。

  4. 无杂散动态范围(SFDR, Spurious-Free Dynamic Range):基波幅值与最大杂散分量(谐波或非谐波)的幅值差(dBc或dBFS)。反应了强干扰下检测弱信号的能力。

  5. 有效位数(ENOB, Effective Number of Bits):由SINAD反推的实际有效分辨率,ENOB = (SINAD - 1.76) / 6.02


三、速度与带宽指标

  1. 采样率(ADC)/ 更新率(DAC):ADC为每秒采样次数(Sa/s);DAC为每秒输出样点更新次数。

  2. 模拟输入带宽(ADC):ADC前端保持-3dB衰减的最高频率(通常 >> 奈奎斯特频率)

  3. 建立时间(DAC, Settling Time)从数字码变化到输出稳定在目标误差范围内(如±0.5 LSB)所需时间,决定了DAC输出高速跳变的能力。


四、其他指标

  1. 功耗(Power Consumption):包括静态功耗(待机)和动态功耗(与采样率/信号频率相关)。

  2. 电源抑制比(PSRR, Power Supply Rejection Ratio):电源电压变化引起的输出偏差抑制能力(dB)例如:PSRR=80dB表示电源波动100mV,等效输入扰动仅0.01mV。

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