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SAR ADC之間的性能比較和輸入注意事項

2020年09月11日 10:20 次閲讀

我們繼續講解與逐次逼近寄存器 (SAR) 數模轉換器ADC) 輸入類型有關的內容。在之前的部分中,我研究了輸入注意事項和SAR ADC之間的性能比較。在這篇帖子中,我們將看一看造成SAR ADC內總諧波失真 (THD) 的源頭,以及他在不同的輸入類型間有什麼不一樣的地方。

THD影響

讓我們首先看看諧波失真是如何被引入的。本質上來説,轉換器是一個非線性系統。如果系統完全線性,輸入“x”將在輸出上以線性的形式表現為“mx+c”。然而,由於採樣和轉換電容器的非線性運行方式,以及量化,當一個信號“x”流經非線性系統時,ADC在其輸出上引入DC和高階誤差項(x2,x3等)。

SAR ADC之間的性能比較輸入和注意事項

當你查看頻域內的輸出時,每個高階誤差項(x2,x3等)會導致尖峯脈衝。這些尖峯脈衝是信號頻率的整數倍,並被成為諧波。

可以通過基本三角函數來非常直觀的理解這一點。輸入信號的傅里葉展開由正弦和餘弦項 (sin (2π?t), cos (2π?t)) 的求和組成。當這樣一個信號流經非線性ADC時,除了基頻,輸出將由DC分量 (a0) 和其他高階誤差項(x2, x3→ sin2(2π?t), cos2(2π?t), sin3(2π?t), cos3(2π?t) 等)組成。讓我們來看一看針對幾個高階項的三角函數展開式。

如表1中所示,每個高階項將導致輸出上的尖峯脈衝。而這些尖峯脈衝的頻率表現為基頻的整數倍。對於其他諸如x4, x5等的高階項也是如此。正是這些分量的冪引入了諧波失真。

一個ADC的THD代表輸出上生成的諧波分量(通常為前九個)幅值與基波信號幅值間的關係。計算方法為:

通常情況下,差分輸入SAR比單端SAR具有更佳的THD。。。這是為什麼呢?現在讓我們來看一看非線性ADC輸出上的信號的數學展開式,來了解其運行方式。

在單端SAR中,由於非線性運行方式,DC偏移 (a0) 和來自高階項(V2DIFF, V3DIFF等)的轉換誤差係數(a2,a3等)出現在輸出上。然而,如圖3所示,包括偶數幅值項(a2,a4等)在內的所有誤差係數在求和節點上傳播。

在使用差分SAR時,偶數幅值項的符號變為正。藉助良好的共模抑制,偶數項對([a2, b2], [a4, b4],等)由於極性的變化在求和節點上互相抵消。如圖3中所示,輸出上的偶數項([c2= a2– b2],等)或者不存在,或者被充分降低,從而導致更佳的THD。

為了獲得最佳性能,瞭解噪聲和AC性能之間的這些差異可以幫助用户選擇具有正確輸入類型的SAR。這在為ADS886x系列或者為支持多個輸入類型的ADC,諸如ADS8363,ADS7263或ADS7223選擇輸入配置時特別有用。

責任編輯:gt

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