本文檔收集并定義了模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 常用的技術(shù)術(shù)語。

采集時(shí)間

采集時(shí)間是保持狀態(tài)釋放（由采樣保持的輸入電路施加）與采樣電容上的電壓穩(wěn)定到新輸入值的1 LSB以內(nèi)的時(shí)刻之間的間隔。采集時(shí)間方程（TACQ） 是：

其中RSOURCE是源阻抗，CSAMPLE是采樣電容，N是分辨率位數(shù)。

混 疊

在采樣理論中，超過奈奎斯特頻率的輸入信號(hào)頻率被“混疊”。也就是說，它們被“折回”或在奈奎斯特頻率上方和下方頻譜中的其他位置復(fù)制。為防止混疊，必須充分濾除所有不需要的信號(hào)，以便ADC不會(huì)對其進(jìn)行數(shù)字化處理?；殳B可用于欠采樣時(shí)的優(yōu)勢。

光圈延遲

孔徑延遲（tAD）是時(shí)鐘信號(hào)的采樣沿（圖中時(shí)鐘信號(hào)的上升沿）與采樣時(shí)刻之間的間隔。當(dāng)ADC的采樣保持進(jìn)入保持狀態(tài)時(shí)采集樣本。

圖1.孔徑延遲（紅色）和抖動(dòng)（藍(lán)色）。

孔徑抖動(dòng)

孔徑抖動(dòng)（tAJ） 是孔徑延遲的樣本間變化，如圖所示。典型的ADC孔徑抖動(dòng)值遠(yuǎn)小于孔徑延遲。

二進(jìn)制編碼（單極）

直接二進(jìn)制是一種通常用于單極性信號(hào)的編碼方案。二進(jìn)制代碼（零刻度到滿量程）的范圍從所有零 （00...000） 到所有 11 的正滿量程值 （111...10）。中間量程由 000 （MSB） 后跟所有零 （<>...<>） 表示。此代碼類似于偏移二進(jìn)制編碼，它適應(yīng)雙極性傳遞函數(shù)的正值和負(fù)值。

雙極性輸入

術(shù)語“雙極性”表示信號(hào)擺動(dòng)高于和低于某個(gè)參考電平。在單端系統(tǒng)中，輸入通常以模擬地為基準(zhǔn)，因此雙極性信號(hào)是擺動(dòng)在地上和地電位以下的信號(hào)。在差分系統(tǒng)中，信號(hào)不以地為基準(zhǔn)，而是以負(fù)輸入為基準(zhǔn)，雙極性信號(hào)是指正輸入擺幅高于和低于負(fù)輸入的信號(hào)。

共模抑制 （CMR）

共模抑制是器件抑制兩個(gè)輸入共有的信號(hào)的能力。共模信號(hào)可以是交流或直流信號(hào)，也可以是兩者的組合。共模抑制比（CMRR）是差分信號(hào)增益與共模信號(hào)增益之比。CMRR通常以分貝（dB）表示。

串音

串?dāng)_是衡量每個(gè)模擬輸入與其他輸入隔離程度的指標(biāo)。對于具有多個(gè)輸入通道的ADC，串?dāng)_是從一個(gè)模擬輸入耦合到另一個(gè)模擬輸入的信號(hào)量。此值通常以分貝 （dB） 為單位指定。對于具有多個(gè)輸入通道的DAC，串?dāng)_是更新另一個(gè)DAC輸出通道時(shí)DAC輸出上出現(xiàn)的噪聲量。

微分非線性 （DNL） 誤差

對于ADC，觸發(fā)任意兩個(gè)連續(xù)輸出代碼的模擬輸入電平應(yīng)相差一個(gè)LSB （DNL = 0）。與一個(gè)LSB的任何偏差都定義為DNL。對于DAC，DNL誤差是連續(xù)DAC代碼的理想輸出響應(yīng)與測量輸出響應(yīng)之間的差異。理想的DAC響應(yīng)的模擬輸出值應(yīng)相隔一個(gè)代碼（LSB）（DNL = 0）。（大于或等于 1LSB 的 DNL 規(guī)范保證單調(diào)性。（參見“單調(diào)性”。

圖2.用于 ADC 和 DAC 的 DNL。

數(shù)字饋通

數(shù)字饋通是數(shù)字控制線切換時(shí)DAC輸出上出現(xiàn)的噪聲。在圖中，DAC輸出的饋通是串行時(shí)鐘信號(hào)噪聲的結(jié)果。

圖3.數(shù)字饋通。

動(dòng)態(tài)范圍

動(dòng)態(tài)范圍通常以dB表示，定義為器件本底噪聲與其指定的最大輸出電平之間的范圍。ADC的動(dòng)態(tài)范圍是ADC可以解析的信號(hào)幅度范圍;動(dòng)態(tài)范圍為60dB的ADC可以分辨x至1000x的信號(hào)幅度。動(dòng)態(tài)范圍在信號(hào)強(qiáng)度變化很大的通信應(yīng)用中非常重要。如果信號(hào)太大，則會(huì)超出ADC輸入的范圍。如果信號(hào)太小，它會(huì)在轉(zhuǎn)換器的量化噪聲中丟失。

有效位數(shù) （ENOB）

ENOB指定ADC在特定輸入頻率和采樣速率下的動(dòng)態(tài)性能。理想ADC的誤差僅由量化噪聲組成。隨著輸入頻率的增加，總噪聲（特別是在失真分量中）也會(huì)增加，從而降低ENOB和SINAD。（參見'信噪比和失真比'）滿量程正弦輸入波形的 ENOB 計(jì)算公式為：

力檢測輸出

這是一種測量技術(shù)，其中電壓（或電流）被強(qiáng)制在電路中的遠(yuǎn)程點(diǎn)，并測量（檢測）產(chǎn)生的電流（或電壓）。例如，具有集成輸出放大器的DAC有時(shí)包括力檢測輸出。輸出放大器的反相輸入可用于外部連接，反饋路徑必須從外部閉合。

全功率帶寬 （FPBW）

ADC在施加的模擬輸入等于或接近轉(zhuǎn)換器規(guī)定的滿量程幅度時(shí)工作。輸入頻率增加到數(shù)字化轉(zhuǎn)換結(jié)果幅度減小3dB的點(diǎn)。該輸入頻率定義為全功率輸入帶寬。

滿量程 （FS） 錯(cuò)誤

滿量程誤差是觸發(fā)向滿量程轉(zhuǎn)換的實(shí)際值與理想的模擬滿量程轉(zhuǎn)換值之間的差值。滿量程誤差等于失調(diào)誤差+增益誤差，如圖所示。

圖4.ADC和DAC的滿量程誤差。

滿量程增益誤差 （DAC）

數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的滿量程增益誤差是實(shí)際輸出范圍和理想輸出范圍之間的差值。實(shí)際跨度由所有輸入設(shè)置為 1s 時(shí)的輸出確定，當(dāng)所有輸入設(shè)置為 0s 時(shí)減去輸出。任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的滿量程增益誤差都可能受到用于測量增益誤差的基準(zhǔn)電壓源選擇的影響。

增益誤差

ADC或DAC的增益誤差表示實(shí)際傳遞函數(shù)的斜率與理想傳遞函數(shù)斜率的匹配程度。增益誤差通常以LSB或滿量程范圍的百分比（%FSR）表示，可以使用硬件或軟件進(jìn)行校準(zhǔn)。增益誤差是滿量程誤差減去失調(diào)誤差。

圖5.ADC和DAC的增益誤差。

增益誤差漂移

增益誤差漂移是環(huán)境溫度變化引起的增益誤差變化，通常以ppm/°C表示。

增益匹配

增益匹配表示多通道ADC中所有通道的增益相互匹配的程度。要計(jì)算增益匹配，請將相同的輸入信號(hào)應(yīng)用于所有通道，并報(bào)告增益的最大偏差，通常以dB為單位。

毛刺脈沖

毛刺脈沖是發(fā)生主進(jìn)位轉(zhuǎn)換時(shí)DAC輸出端出現(xiàn)的電壓瞬變。通常以nV?s測量，它等于電壓與時(shí)間圖上的曲線下面積。

諧波

周期信號(hào)的諧波是信號(hào)基頻的正弦波倍數(shù)。

積分非線性 （INL） 誤差

對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，INL是實(shí)際傳遞函數(shù)與直線的偏差。消除失調(diào)和增益誤差后，直線要么是最佳擬合直線，要么是在傳遞函數(shù)端點(diǎn)之間繪制的直線。INL通常被稱為“相對精度”。

圖6.用于 ADC 和 DAC 的 INL。

互調(diào)失真 （IMD）

IMD是一種現(xiàn)象，其中電路或器件中的非線性會(huì)產(chǎn)生原始信號(hào)中沒有的新頻率分量。IMD包括諧波失真和雙音失真的影響。它被測量為那些選定的互調(diào)產(chǎn)物（即IM2至IM5）的總功率與兩個(gè)輸入信號(hào)f1和f2的總功率。信號(hào) f1 和 f2 的振幅相等，頻率非常接近。二階至五階互調(diào)產(chǎn)物如下：

二階互調(diào)積 （IM2）： f2 + f1， f2 - f2

三階互調(diào)積 （IM3）： 3 x f2 - f1， 2 x f2 - f2， 1 x f2 + f1， 2 x f2 + f2

四階互調(diào)積 （IM4）： 4 x f3 - f1， 2 x f3 - f2， 1 x f3 + f1， 2 x f3 + f2

五階互調(diào)積 （IM5）：5 x f3 - 1 x f2、2 x f3 - 2 x f2、1 x f3 + 1 x f2、2 x f3 + 2 x f2。

最低有效位 （LSB）

在二進(jìn)制數(shù)中，LSB 是組中權(quán)重最小的位。通常，LSB是最右位。對于ADC或DAC，LSB的權(quán)重等于轉(zhuǎn)換器的滿量程電壓范圍除以2N，其中 N 是轉(zhuǎn)換器的分辨率。對于單極性滿量程電壓為 12.2V 的 5 位 ADC，1LSB = （2.5V/212) = 610μV

Major-Carry Transition

在主要進(jìn)位轉(zhuǎn)換（大約中量程）時(shí)，MSB 從低電平變?yōu)楦唠娖?，所有其他位從高電平變?yōu)榈碗娖?，或?MSB 從高電平變?yōu)榈碗娖?，所有其他位從低電平變?yōu)楦唠娖?。例如?1111111到 10000000 是主要進(jìn)位轉(zhuǎn)換。主進(jìn)位轉(zhuǎn)換通常會(huì)產(chǎn)生最差的開關(guān)噪聲。（請參閱毛刺脈沖。

單調(diào)

如果對于每個(gè) n，Pn + 1 大于或等于 Pn，則序列單調(diào)增加。類似地，如果對于每個(gè) n，Pn + 1 小于或等于 Pn，則序列單調(diào)遞減。如果模擬輸出總是隨著DAC代碼輸入的增加而增加，則DAC是單調(diào)的。如果數(shù)字輸出代碼總是隨著ADC模擬輸入的增加而增加，則ADC是單調(diào)的。如果 DNL 誤差不大于 ±1LSB，則保證轉(zhuǎn)換器單調(diào)。

最高有效位 （MSB）

在二進(jìn)制數(shù)中，MSB 是數(shù)字中權(quán)重最高的位。通常，MSB 是最左邊的位。

乘法運(yùn)算DAC （MDAC）

乘法DAC允許將交流信號(hào)施加到基準(zhǔn)輸入。通過將目標(biāo)信號(hào)饋入基準(zhǔn)輸入并使用DAC代碼對信號(hào)進(jìn)行縮放，DAC可用作數(shù)字衰減器。

無失碼

如果ADC根據(jù)施加到模擬輸入的斜坡信號(hào)產(chǎn)生所有可能的數(shù)字代碼，則ADC沒有失碼。

奈奎斯特頻率

奈奎斯特原理指出，為了允許模擬信號(hào)完全表示而沒有混疊效應(yīng)，ADC的采樣速率必須至少是信號(hào)最大帶寬的兩倍。此最大帶寬稱為奈奎斯特頻率。

偏移二進(jìn)制編碼

偏移二進(jìn)制是一種通常用于雙極性信號(hào)的編碼方案。在偏移二進(jìn)制編碼中，最負(fù)值（負(fù)滿量程）由所有零 （00...000） 表示，最正值（正滿量程）由所有 11 （111...10） 表示。零刻度由 000 （MSB） 后跟所有零 （<>...<>） 表示。該方案類似于直接二進(jìn)制編碼，通常用于單極性信號(hào)。（請參閱二進(jìn)制編碼，單極性。

失調(diào)誤差（雙極性）

雙極性轉(zhuǎn)換器中失調(diào)誤差的測量與單極性轉(zhuǎn)換器中的失調(diào)誤差測量相似。然而，在零尺度下測量的誤差位于雙極傳遞函數(shù)的中點(diǎn)。（請參見偏移誤差（單極性）。

失調(diào)誤差（單極性）

失調(diào)誤差，通常稱為“零刻度”誤差，表示實(shí)際傳遞函數(shù)與單個(gè)點(diǎn)的理想傳遞函數(shù)的匹配程度。對于理想的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，第一次躍遷發(fā)生在零以上0.5LSB。對于ADC，零電平電壓施加到模擬輸入并增加，直到發(fā)生第一次轉(zhuǎn)換。對于DAC，失調(diào)誤差是對全為零的輸入代碼的模擬輸出響應(yīng)。

圖7.ADC和DAC的失調(diào)誤差

失調(diào)誤差漂移

失調(diào)誤差漂移是環(huán)境溫度變化引起的失調(diào)誤差變化，通常以ppm/°C表示。

過采樣

對于ADC，以遠(yuǎn)高于奈奎斯特頻率的速率對模擬輸入進(jìn)行采樣稱為過采樣。過采樣通過有效降低本底噪聲來提高ADC的動(dòng)態(tài)性能。改進(jìn)的動(dòng)態(tài)性能反過來又會(huì)帶來更高的分辨率。過采樣是Σ-Δ型ADC的基礎(chǔ)。

另見應(yīng)用筆記揭秘Σ-Δ型ADC的神秘面紗

相位匹配

相位匹配表示應(yīng)用于多通道ADC中所有通道的相同信號(hào)的相位匹配程度。相位匹配是所有通道中相位的最大偏差，通常以度為單位報(bào)告。

電源抑制 （PSR）

電源抑制比（PSRR）是直流電源電壓的變化與由此產(chǎn)生的滿量程誤差變化之比，以dB表示。

量化誤差

對于ADC，量化誤差定義為實(shí)際模擬輸入與該值的數(shù)字表示之間的差值。（參見'量化'）

比率測量

施加到傳感器（即稱重傳感器或電橋）的信號(hào)的一部分施加到ADC的基準(zhǔn)電壓輸入，而不是恒定值的基準(zhǔn)電壓。這種類型的測量稱為比率測量，可消除基準(zhǔn)電壓變化引起的任何誤差。下圖顯示了使用電阻電橋進(jìn)行比率測量的示例。

圖8.使用電阻橋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比率測量。

分辨率

ADC分辨率是用于表示模擬輸入信號(hào)的位數(shù)。為了更準(zhǔn)確地復(fù)制模擬信號(hào)，必須提高分辨率。使用更高分辨率的ADC還可以降低量化誤差。對于DAC，分辨率相似，但相反——增加應(yīng)用于更高分辨率DAC的代碼會(huì)在模擬輸出中產(chǎn)生更小的步長。

均方根 （RMS）

交流波形的均方根值是該信號(hào)的有效直流值或直流等效值。交流波形的RMS值是通過取交流波形的平方根，隨時(shí)間變化的平方和平均來計(jì)算的。對于正弦波，RMS值是峰值的2/2（或0.707）倍，是峰峰值的0.354倍。

采樣率/頻率

采樣速率或采樣頻率以每秒采樣數(shù) （sps） 表示，是 ADC 采集（采樣）模擬輸入的速率。對于每次轉(zhuǎn)換執(zhí)行一個(gè)采樣的ADC（例如SAR、閃存和流水線ADC），采樣速率也稱為吞吐速率。對于Σ-Δ型ADC，采樣速率通常遠(yuǎn)高于輸出數(shù)據(jù)速率。

建立時(shí)間

對于DAC，建立時(shí)間是命令更新（更改）其輸出值與達(dá)到其最終值之間的時(shí)間間隔，在指定的百分比內(nèi)。建立時(shí)間受輸出放大器的壓擺率以及放大器振鈴量和信號(hào)過沖的影響。對于ADC，采樣電容上的電壓穩(wěn)定到1 LSB以內(nèi)所需的時(shí)間必須小于轉(zhuǎn)換器的采集時(shí)間。

信噪比和失真 （SINAD）

SINAD 是正弦波的 RMS 值（ADC 的輸入或 DAC 的重構(gòu)輸出）與轉(zhuǎn)換器噪聲加失真（不含正弦波）的 RMS 值之比。RMS噪聲加失真包括奈奎斯特頻率以下的所有頻譜分量，不包括基波和直流偏移。SINAD 通常以 dB 表示。

信噪比 （SNR）

SNR是給定時(shí)間點(diǎn)所需信號(hào)的幅度與噪聲信號(hào)幅度的比值。對于從數(shù)字樣本完美重建的波形，理論最大SNR是滿量程模擬輸入（RMS值）與RMS量化誤差（殘余誤差）之比。理想的理論最小ADC噪聲僅由量化誤差引起，直接由ADC的分辨率（N位）產(chǎn)生：

（除量化噪聲外，實(shí)際ADC還會(huì)產(chǎn)生熱噪聲、基準(zhǔn)噪聲、時(shí)鐘抖動(dòng)等。

有符號(hào)二進(jìn)制編碼

有符號(hào)二進(jìn)制是一種編碼方案，其中 MSB 表示二進(jìn)制數(shù)的符號(hào)（正或負(fù)）。因此，-8 的 2 位表示10000010，+2 的表示00000010。

壓擺率

壓擺率是DAC輸出可以改變的最大速率，或ADC輸入在不導(dǎo)致數(shù)字化輸出誤差的情況下可以改變的最大速率。對于帶輸出放大器的DAC，指定的壓擺率通常是放大器的壓擺率。

小信號(hào)帶寬 （SSBW）

要測量SSBW，應(yīng)向ADC施加幅度足夠小的模擬輸入信號(hào)，使其壓擺率不會(huì)限制ADC性能。然后，掃描輸入頻率，直到數(shù)字化轉(zhuǎn)換結(jié)果的幅度減小-3dB。SSBW通常受到相關(guān)采樣保持放大器性能的限制。

無雜散動(dòng)態(tài)范圍 （SFDR）

SFDR是基波（最大信號(hào)分量）的RMS幅度與下一個(gè)最大雜散分量的RMS值之比，不包括直流偏移。SFDR 以相對于載波的分貝 （dBc） 為單位指定。

總諧波失真 （THD）

THD測量信號(hào)的失真成分，并以相對于載波的分貝（dBc）為單位。對于ADC，THD是輸入信號(hào)的選定諧波的RMS總和與基波本身的比值。測量中僅包括奈奎斯特極限內(nèi)的諧波。

跟蹤并保持

采樣保持電路通常稱為“采樣保持”，是指ADC的輸入采樣電路。采樣保持輸入的最基本表示形式是模擬開關(guān)和電容。（見圖。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電路處于“跟蹤”模式。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，輸入的最后一個(gè)瞬時(shí)值保持在采樣電容上，電路處于“保持”模式。

圖9.基本的跟蹤和保持。

過渡噪聲

轉(zhuǎn)換噪聲是導(dǎo)致ADC輸出在相鄰輸出代碼之間切換的輸入電壓范圍。隨著模擬輸入電壓的增加，由于相關(guān)的轉(zhuǎn)換噪聲，定義每個(gè)代碼轉(zhuǎn)換發(fā)生位置的電壓（代碼邊沿）是不確定的。

二的補(bǔ)碼編碼

Two's 補(bǔ)碼是一種正數(shù)和負(fù)數(shù)的數(shù)字編碼方案，可簡化加法和減法計(jì)算。在此方案中，8 -2 的 11111110 位表示，2 +00000010 的表示。

欠采樣

欠采樣是一種ADC采樣速率低于模擬輸入頻率的技術(shù)，這種情況會(huì)導(dǎo)致混疊。鑒于奈奎斯特準(zhǔn)則，自然可以預(yù)期欠采樣會(huì)導(dǎo)致信號(hào)信息丟失。但是，通過正確濾波輸入信號(hào)并正確選擇模擬輸入和采樣頻率，包含信號(hào)信息的混疊分量可以從較高頻率轉(zhuǎn)換為較低頻率，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種方法有效地將ADC用作下變頻器，將更高帶寬的信號(hào)轉(zhuǎn)移到ADC的目標(biāo)頻段。要使這種技術(shù)取得成功，ADC采樣保持電路的帶寬必須能夠處理預(yù)期的最高頻率信號(hào)。

單極的

對于具有單端模擬輸入的ADC，單極性輸入范圍為零電平（通常為地）至滿電平（典型基準(zhǔn)電壓）。對于具有差分輸入的ADC，單極性輸入范圍從零電平到滿量程，輸入測量為相對于負(fù)輸入的正輸入。

零電平誤差

參見失調(diào)誤差（單極性）。