ADC深入——SNR、SFDR、ENOB等概念

目录

SNR（Spurious‑Free Dynamic Range 信噪比）

ENOB（Effective Number Of Bits 有效位）

SFDR（Spurious‑Free Dynamic Range）

感觉SNR和SFDR差不多？看看下图

输入带宽

混叠

带通采样/欠采样

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SNR（Spurious‑Free Dynamic Range 信噪比）

        定义：理想情况下，当 ADC 把一个正弦波转换成数字信号时，除了基波之外，其他的“杂音”主要来自量化噪声（quantization noise）。SNR 就是基波信号功率和量化噪声功率之比（通常用 dB 表示）。

        手册上的SNR通常是用一个中等幅度的纯正弦波比如 10 MHz、30 MHz、70 MHz，用满量程的 0.5 dBFS（接近最大不失真输入）信号，用固定的采样率如100MSPS，计算出来的信噪比

        意义：SNR 越高，说明量化噪声越小，转换出来的波形越“纯净”。

ENOB（Effective Number Of Bits 有效位）

        定义：把实际测得的 SNR 换算成“等效”的理想分辨率。它表示：如果一个理想的 ADC 有 N​ 位，那它才能达到你这个 ADC 实测的 SNR。

        意义：虽然器件标称是 8 bit，但由于非线性、失真、电路噪声等原因，真正“有效”能用到的可能只有 7.5 bit、7.2 bit 甚至更低。ENOB 就是量化这个差距。

SFDR（Spurious‑Free Dynamic Range）

• 定义：在一个输入频率的正弦波下，把它转换后的频谱里，除了基波那一条峰之外，找出“最高的杂散峰”（spurious tone）。SFDR 就是基波峰与该最大杂散峰之间的功率差（dBc）。

• 意义：SFDR 越大，说明 ADC 的非线性失真（产生谐波、互调等杂散信号）越小。对于雷达、通信接收机等对小信号的“干净度”要求高的场景，SFDR 是比 SNR 更敏感、更重要的指标。

感觉SNR和SFDR差不多？看看下图

项目	SNR	SFDR
主要干扰	随机噪声（量化噪声、电源、热噪声等）	非随机干扰（谐波、杂散、非线性）
是否平均	是，取整段能量平均	否，只取最大一个副峰
单位	dB	dBc（相对于载波）
应用关注	音频、测量、精度场景	通信、无线、电磁兼容等频谱敏感场景

如果做 高精度测量 关注 SNR

如果做 通信/雷达/频谱分析 关注 SFDR

三个对比：

指标	衡量对象	单位	越大／越小越好
SNR	有用信号 vs 量化噪声	dB	越大越好
ENOB	等效分辨率（bit）	bit	越大越好
SFDR	基波 vs 最大杂散峰	dBc	越大越好

输入带宽

        一个真实的高频模拟信号在进入 ADC 的“模拟输入电路”时，会被衰减，而输入带宽一般指的是在输入信号达到某个频率之后被衰减-3dB的点，这个频率就是输入带宽

        这个衰减不是数字处理造成的，而是ADC 模拟前端电路（开关、采样电容、抗混叠滤波器）造成的模拟信号幅度损耗。

        “-3 dB” 指的是输入信号的电压幅度下降到原来的约 70.7%（≈1/√2​），对应的功率下降了一半（因为功率 ∝ 电压²）。

        如下图，输入带宽为300Mhz

混叠

        高频信号在低采样率下“看起来像”低频信号

当你用一个采样频率 fsf_sfs​ 去采一个模拟信号时：

        如果信号频率超过了 fs2\frac{f_s}{2}2fs​​，它的频谱会“折叠”回来，混叠到低频部分，你就看不清它原来的频率了。

这是奈奎斯特采样定理的核心：

带通采样/欠采样

        如果你知道你的信号在某个高频带（比如 150–160 MHz），你可以故意用低采样率去“折叠”这个频段下来采样。

        注意：ADC 的输入带宽需要够大，能让这个高频信号进来