探讨电压基准噪声对模数转换器（ADC）的有效位

在众多使用模数转换器（ADC）的系统中，从温控器到飞行控制等，ADC 将现实世界的模拟信号转换为数字信号进行处理。由于信号链存在各种误差，需考虑有效位数（ENOB）和无噪声分辨率来更好地比较和提取信息，而电压基准作为信号链关键元件，其噪声对 ADC 精度和准确度有重要影响。
*附件：探讨电压基准噪声对模数转换器（ADC）的有效位数（ENOB）和无噪声分辨率的影响.pdf

电压基准对 ADC 噪声的影响

• 低频噪声尤其是闪烁噪声（0.1Hz - 10Hz）难以滤除，系统中通常存在噪声。电路总噪声由 ADC 驱动器噪声、ADC 本身噪声和电压基准噪声共同构成，其关系为
  ，选择低噪声器件对低噪声设计至关重要。
• 除电压基准噪声外，ADC 及驱动器也会产生噪声，共同影响电路噪声水平。

电压基准对 THD 的影响

• 对电压基准引脚重复采样会引发电流瞬变，ADC 要求外部基准在采样相位结束时稳定或再充电，否则会因电压基准带宽不足或输出阻抗过高无法为 ADC 基准输入充电，产生压降，导致增益误差和较低的 ENOB。
• 可在电压基准外部使用高带宽、低输出阻抗缓冲器提升 ADC 的 THD，满足数据表规格，部分 ADC 有内部缓冲器，但并非全部。

电压基准噪声和 THD 对 ENOB 的影响

• ENOB 衡量电路交流特性对 ADC 分辨率的影响，电路噪声和 THD 用信噪比和失真（SINAD）表示，。
• 降低基准电压总噪声可增大 SNR 进而提升 ENOB，在电压基准输出端添加缓冲器降低 THD 也有助于提高 ENOB。

电压基准噪声对无噪声分辨率的影响

• 无噪声分辨率通过
  计算，可反映直流输入到 ADC 的噪声对分辨率的影响。
• 以 REF70（闪烁噪声 ）和 REF50（闪烁噪声
  ）在特定电路（电池供电，使用 OPA2320 驱动 ADS8900B ADC，ADC 集成基准缓冲器驱动器且在电压基准输出端有 RC 低通滤波器）进行测试，在 24 位级别，虽总噪声受信号链影响，但 REF70 因闪烁噪声低在计算无噪声分辨率时性能更优，使用低噪声基准可使用快速滤波器且保持高分辨率。

研究结论

在 ADC 广泛应用的各类场景中，高精度和准确度需求不断增加，选择合适的电压基准对提高 ADC 信号链的精度和准确度极为关键，能有效提升 ADC 的 ENOB 和无噪声分辨率，为实现更先进多样的信号链方案奠定基础。同时，德州仪器（TI）对其提供的相关技术资源有明确的使用规定和免责声明，用户需按要求使用并承担相应责任。

审核编辑 黄宇