高速ADC的理解

本文的目的就在于突出不同厂商或同一厂商在为不同的高速模数转换器 (ADC) 撰写产品说明书时所采用的标准之间的差异。表 1 是选择正确器件时可以使用的速查表。

　　表 1 选择高速 ADC 的速查表

　　dB、dBc 与 dBFS 的比较

　　评估高速 ADC 产品说明书所示性能的一个主要标准是动态特性或诸如 SNR, SINAD、THD 以及 SFDR 的交流可调规范。例如，假设 SINAD(也称为 SNDR 或 SNRD)为信噪比，即信号功率与其他频段功率(失真与噪声)总和的比值。通常，把这个比值转换成对数值并以 dB 表示。

　　产品说明书间最大的差异在于单位的选择，特别应用于选择信号功率的标准。撇开导致这种差异的细节，我们来看一下信号功率完全可以用于测量的信号功率3，或者可以是类似满量程的信号的外推功率。为了避免混淆，TI 将第一种情况下的单位记作 dBc(dB 与载波的比)，将第二种情况记作 dB(用于较早的产品说明书)或 dBFS(dB 与满量程的比，用于最新的产品说明书)。虽然两者之间没有主次之分，并且下文将说明它们之间可以彼此推导，但是当厂商只以“dB”为单位进行说明的时候还是会产生混淆。在 TI 的两家竞争对手撰写的产品说明书中，“dB”等于 dBc，而在第三家竞争对手撰写的产品说明书中，“dB”等于 dBFS。

　　什么因素会影响最终的比较结果呢?假设以-1 dBFS 的输入振幅测量来自不同厂商的两个转换器。这就意味着在测试期间，输入值是在满量程以下 1dB 的正弦曲线，换句话说，振幅 (A) 约为 ADC 满动态量程的 90%。再假设两个转换器性能相同，因此具有相同的噪声与失真功率。在第一种情况下(“dB”等于dBc)，厂商用输入功率 (A) 除以噪声加失真功率 (N+D) 来计算信噪比SINAD1。在第二种情况下(“dB”等于 dBFS)，厂商推导信号功率至满量程，在这种情况下导致最终的数值增加了 1dB(当输入为 -1dBFS 时)。因此，SINAD2 = SINAD1 + 1。第一家厂商的器件看起来似乎差了 1dB，但实际上与第二家厂商的器件是相同的。dBc 的值可以从 dBFS 值求得，只要加上输入振幅(以 dBFS 为单位)：以 dBc 为单位的规范=以 dBFS 为单位的规范+以 dBFS 为单位的AIN。

　　当我们比较以 dBc 规范表示的两个转换器时，另一点值得注意的是输入振幅也会因器件的不同而不同。很显然，随着输入振幅的减小，信号值(在 dBc 规范中)也极可能变得很小(因为信号功率减小时一些噪声底限的组成却保持不变)。因此，为了使之比较有意义，两个输入振幅必须相等。只要将两个输入振幅的差异添加到由较小的输入振幅获得规范，就可以做出很好的推断。

　　显然由于大多数转换器的规定信号都接近于满量程，最后信号水平的差异(取决于所使用的单位)通常不会大于 2 dB。但是信号水平的差异不仅可以代表某些应用相当大的差异，而且还会影响最终产品设计的增益甚至影响整个设计。

　　最终的问题是如何分辨 ADC 产品说明书中的 dB 是 dBc 规范还是 dBFS 规范。一个最简单的方法是直接询问厂商;如果行不通，设计人员可以查看产品说明书的典型性能的曲线图部分。厂商通常都会针对 dBc 和 dBFS 规范给出不同的曲线图，可以根据曲线图的数值与产品说明书中规定的数值进行比较。