AD转换设计中的基本问题，这下全乎了

看到一篇关于 AD 转换设计中的基本问题整理博文，特地转载过来和大家共分享，了解数据转换器错误及参数。

1、如何选择高速模数转换之前的信号调理器件;如何解决多路模数转换的同步问题?ADC 之前的信号调理，最根本的原则就是信号调理引起的噪声和误差要在 ADC 的 1 个 LSB 之内。

根据这个目的，可以需要选择指标合适的运放。

至于多路 ADC 同步的问题，一般在高速 ADC 的数据手册中都会有一章来介绍多片同步问题，你可以看一下里面的介绍。

2、在挑选 ADC 时如何确定内部噪声这个参数?一般 ADC 都有信噪比 SNR 或者信纳比 SINAD 这个参数，SINAD=6.02*有效位数+1.76,您可以根据这个公式来确定您选择的 ADC 能否符合您的要求 .3、如何对流水线结构 ADC 进行校准?需要校准哪些参数?一般来讲，ADC 的 offset 和 gain error 会比较容易校准。

只要外接 0V 和 full scale 进行采样，然后得到校准系数。

另外，如果需要作温度补偿的话，一般需要加一个温度传感器，然后利用查表的方式来补偿。

4、对 ADC 和 DAC 周围的布线有哪些建议?ADC 和 DAC 属于模拟数字混合型器件，在布局布线时最重要的是要注意地分割，即模拟地和数字地的处理问题。

对于高采样率的器件，建议使用一块地。

而低采样率的器件，建议模拟数字地分开，最后在芯片下方连接在一起。

其他的布局布线规范与其他器件的是一样的。

对于具体的器件，一般会有评估板的 Layout 图可供参考。

5、模数转换器的精度与噪声系数之间有什么必然的联系吗?低速模数转换器的精度用峰峰值分辨率，有效值分辨率来表示。

在 ADI 一些 Sigma-delta ADC 的芯片资料里都会列出不同情况下的有效值分辨率指标。

高速模数转换器的精度可用 SNR，SNOB 来表示，这些指标也可在资料中找到。

但一般 ADC 的指标中不会有噪声系数(NF)的指标。

6、如果采用了外部模拟切换开关，那么这个开关总是存在一些电阻的，必然引起一些误差，那么我想问一下有没有什么办法能减少这些误差，分别描述一下用硬件的方法与用软件的方法。

你可以选择电阻很小的开关比如 ADG14**系列。

如果是开关是做通道切换的，在后级加一个运放跟随就可以了。

如果是做量程切换，只能选择电阻很小的开关，同时注意开关的平坦度和温度漂移参数，如果系统精度要求很高，那就只能做软件校正或者选择可编程放大器如 AD8250/1/3 等。

7、将 AD7710 的输入端与自身的地短接后，再读取数据时，其 AD 转换值跳动比较大，通过说明当中的几种校准方式，都没有解决?频率已经在 25Hz 上了。

不知如何解决?请确认电源和基准的稳定性，在频率为 25Hz，增益为 1 的条件下，看数据手测上 Table II 可知其有效值分辨率为 21.5bit,那么其实际的峰峰值分辨率为 21.5-2.7=18.8bit，也就是说如果有 5bit 码在跳就是正常的。

8、请问 ADC 的输入和传感器相连，如何将传感器输出信号本身的干扰排除?如果传感器输出是共模干扰，需要加仪表运放如 AD8221/0 等滤除。

如果是差模干扰，加滤波器就可以滤除。

9、我要设计一个 16 路的数据采集系统，每路的采样率为 100K，16BIT，请问一下，我要采用什么样的 AD 芯片，另外，AD 转换器的输入通道比较少，要选择什么样的外部多路模拟切换开关?另，对模拟切换开关的选择有什么要求，要关注哪些参数。

我们没有 16bit 和 16 通道的 ADC，您可以选择用两片 AD7689，16bit 8 通道。

或者选择 16：1 的 ADG1206. 要注意导通电阻，注入电荷，导通时间等。

10、一个 12 位的高速模数转换器能不能降低以及如何降低到 8 位来使用，因我们的系统精度只需要 8 位，高了反而有害。

你在读取数据的时候，只需要读 8bit 即可。

11、有一些 ADC 集成有抗混叠滤波器，请问有什么好处?一般抗混叠滤波器指的是 ADC 前端的滤波器，而 sigma-delta ADC 内部会集成一些陷波器，来实现工频 50Hz 和 60Hz 陷波，总的好处就是 ADC 有更好的抗噪声性能。

12、请问怎样才能降低相邻通道相互间的干扰?在布局布线时可以考虑在相邻通道间加地屏蔽。

13、想设计高精度校准仪表，如直流电压输出(毫伏级)，能不能推荐几款芯片?请问怎样消除伴随的量化噪声?如何保证 ADC 的精度,AD 转换的满量程即是电源电压,对于单电源供电,零点的确定和量程都与电源电压有关,如果电源电压波动势必导致转换的误差,电路中如何解决,特别对小信号的采集 . 请问什么是 DAC 的输出静态误差?怎样提高数模转换器中电阻或者电流源单元的匹配程度?在给 ADC 供电时，数字地与模拟地之间是否需要串接小电感?1)ADI 的运放，仪放产品种类很多，最好把详细的指标要求列出来，这样比较容易找。

2)ADC 的量化噪声是固有的，没办法消除。

3)ADC 的电源对测量精度有直接的影响。

所以要选择高精度低噪声的电源信号，且在布线的时候也要注意避免干扰。

4)一般手册里会分别给出 zero error，gain error 等等，不知道具体问的是哪一个，或者可以举一个具体型号的例子。

5)这应该是 DAC 内部结构的问题，一般来讲，我们不关心内部电阻或电流源的绝对值，只关心它们之间的比例，现在的工艺可以很好地保证这个。

6)一般来讲，用 0 欧姆电阻连接就可以了。

14、ADC 的内部增益越大,其产生的噪声也越大,专家能说说两者之间的原理是什么?ADC 内部的 PGA 增益越大，本身 PGA 的噪声会增加，另外 ADC 输入噪声被放大的越多。

所以 ADC 内部增益越大，分辨率越小。

15、电源纹波对转换精度的影响?如果 ADC 有 PSRR 这个指标，可以使用这个指标去算电源纹波对 ADC 的影响。

如果没有，一般基准源都有这个指标，你可以使用基准源的 PSRR 去算对 ADC 采样的影响。

16、数据转换器在布线长度、通信串扰和匹配电阻等方面是如何设计的?高速 ADC 会考虑这些问题。

尤其对于 LVDS 接口的 ADC，尽量保证一对信号的布线等长等距，放置端接电阻。

这方面的布局布线最好是参考评估板来做。

17、ADI 产品高速数模转换最大速度能达到多少?采样频率大了是不是稳定性会下降?我们的 DAC 的最大速度能达到 2.5GHZ,它是 AD9739 电流输出型的，这不会影响到稳定性。

18、ADC 的标称的位数很高,但是实际中末尾的几位会被内部噪声而淹没,我在挑选 ADC 时如何确定内部噪声这个参数?对于高精度的 ADC，一般来讲都会给出一个有效分辨率的参数，也就是器件可以达到不跳码的位数。

另外在设计中还有考虑电源，参考电压的噪声，以及 ADC 前端调理电路引入的噪声。

需要把这些噪声控制在 ADC 的 1 个 LSB 之内。

19、评估 ADC 的时候，因为评估 SNR，比较困难，所以我一般会考虑评估在接地时候的跳码程度来比较两种同类 ADC 的差异，这种评估方法科学吗?有没有更科学的方法?有没有具体的文档?实际上对于高速 ADC 来说，应该是加一个高精度的基准信号，而后用 ADC 采样，再做 FFT 分析来评估 SNR。

而对于高精度的 ADC 来说才是您用的办法，可以参考我们的应用笔记 AN-835。

20、如何理解压摆率这个指标?为什么要对电压变化率做限制?举个简单的例子，如果压摆率不够，那么就是实际的输出跟不上输入信号的变化，这样对信号的处理就会有失真。

21、开关电源的纹波对 12 位以上的 ADC 的影响有多大?是否需要为 ADC 部分单独处理电源纹波?高精度的 ADC，比如 16 位及以上的 ADC，不建议使用开关电源来供电。

22、请问使用高功效开关稳压器替换传统的 LDO 稳压器电源对高速模数转换器有没有负面影响?对产品寿命有何影响?在高速 ADC 场合，一般对电源的纹波和噪声有较高的要求。

开关电源效率比较高，但是有较大的纹波和噪声，会对系统的精度有影响。

而高速场合对 SNR，SFDR 要求比较高，所以选择 LDO 会比较好。

23、关于运算放大器的阻抗匹配在设计中，需要如何注意?只有在高速的情况下才需要考虑阻抗匹配。

24、电源精度会导致 ADC 的精度提不上去吗?有可能。

具体要看你 ADC 的位数和 PSRR 这个参数。

如果位数很低如 10bit，你用再低噪声的电源也只能是 10bit 精度。

但是 16bit 系统，你如果使用噪声很大的电源，会使得系统精度不能达到 16bit。

25、AD 前抗射频干扰滤波器一般应当达到什么样的性能指标呢,比如截至频率,滚降 ?这取决于您的实际应用，当然理想情况下是截至频率等于有效的输入信号，而滚降特性是无限陡峭，但实际上没有这样的滤波器，且越接近理想情况，成本会越高，要折衷考虑。

26、如何抑制输入"毛刺"?加滤波器抑制，或者是对采样结果做数字滤波。

27、有什么好的建议,使用软件来提高 ADC 的精度与位数?请注意参考和电源的质量，同时还需要注意 layout 来防止噪声引入。

28、请问对于 ECG 信号的 AD 转换需要有多大的分辨率?可以推荐几款型号吗?取决于 ECG 的信号链。

如果信号链中为 AC 隔离，这样信号可以被放大很大，比如放大 1000 倍，这样 ADC 的选取 12 位~16 位。

如果信号链为 DC 隔离，这样信号不能被放大很多，一般增益为 10，这样 ADC 的位数就得选的大些，18 位~24 位。

ECG 产品会有相应的标准，即 ECG 产品最小能分辨多小的信号，ADC 的选取与此也有关。

29、我设计的一个基于 FPGA 的 DDS 系统中使用的芯片是 AD9777，请问在电流足够的情况下，系统电源设计中是否可以将 DA 芯片与 FPGA 芯片共用 3.3V 数字电源，以达到简化电源设计的目的?可以 。

30、随着数字视频信号应用的越来越普及，数模转换器在视频方面会不会无用武之地，乃至被淘汰?数模转换器是不会被淘汰的，因为最终都是要将数字信号转会人们能所识别的模拟信号。

31、恶劣环境下(高温下)，ADC 的供电电源怎么设计?一般 DC-DC 很难达到+85 摄氏度，ADI 是否有相关的参考设计?选择合适的器件，DC-DC 能工作在 85 度，关键是你选择合适的器件和合适的设计，使得系统的温升在其标定的范围，如加风扇或者散热片，多个器件并联提高电源效率等。

32、我在使用 ADuC841 的 A/D 时，采集的数据偶尔会时零，为什么?如何解决?这种情况要用示波器监测输入信号，看输入端是否真的发生跳变了，如果没有请仔细检查 ADUC841 的数据读取程序。

33、请问把一个直流信号加到转换器输入端时，怎样确定输出端应该出现的数码数目?一般来讲，根据计算公式，Vin/Vref=code/2^N. N 为 ADC 的位数，Vin 为输入电压，Vref 为参考电压。

如果是有负电压，需要考虑输出码字的类型，比如二进制补码等等。

绝大多数 ADC 的数据手册中都会给出一个图来说明这个问题。

34、AD7710 使用时，噪音过高。

如何使用说明书当中的校准?在布线过程当中如何做比较合适?建议参考芯片的评估板来做 Layout 设计。

35、请问怎样尽量减小系统噪音对 ADC 的影响?尽量减少输入噪音(可以差分输入的 ADC)，减小电源噪音。

设计合适的滤波器等。

36、如何确定温度对基准的影响以及多最终转换精度的影响 ?基准芯片资料中会有相关温度对基准影响的温度系数指标，一般为几个 ppm/°C。

一般 ADC 芯片资料没有参考电压随温度变化对 ADC 性能影响的测试参数。

37、如何实现对高速 ADC 的 THD 测试?实际中是加一个高精度的基准源，而后用 ADC 采样，再做 FFT 分析，具体请见 AN-835 上面的介绍。

38、有什么办法可以减少开关电源的噪声对 ADC 的影响?加入 LC 滤波，合理的 layout 如模拟地数字地分开。

如果还不行，只能加低噪声的 LDO。

39、如果 ADC 的传递函数线形度比较差，如何进行校准，有没有通过验证比较科学的方法?是否可以举例说明?一般情况下都是做线性校正的，如果校正后还不能满足要求，那建议采用分段校正的方法。

40、相对于单端，差分有很多优势，但是还是有很多单端的 ADC，差分模式有什么弱点吗?和单端的输入相比，外围的电路相对复杂一些。

41、请问在高速数据采集系统设计中，我们怎样来确定采样率和存储器带宽?采样率由待处理信号的频率决定。

存储器带宽由采样率和处理器能力来决定。

42、请问 AD 前抗射频干扰滤波器一般应当达到什么样的性能指标 ?这取决于您的应用，理想情况下就是只让有效带宽内的信号通过，但滤波器设计很难达到理想情况，所以要折衷考虑。

43、如果对视频信号进行数模 / 模数转换该如何选择转换器，它的关键性规格是哪几个方面呢 ?主要是要看您所需要转换的视频信号格式，需不需要做色彩空间转换。

是普通的并口接口还是 HDMI 的接口。

44、ADC 的输出延时主要受什么因素的影响?这是由 ADC 的内部参数决定的，具体要看不同型号的数据手册。

45、请问如何减小截断误差和增益误差?对一个特定的 ADC 来说，它的 Offset 误差和 Gain 误差基本是一定的。

但是 Offset 误差和 Gain 误差是可以通过软件校正消除的。

46、采集的数据中总是有错误的代码，有何种方法能够消除此错误代码?要先确定错误代码是 ADC 输出错误还是 MCU 读取错误。

如果是前者，那得看系统的设计是否合理，布局布线是否合理。

47、开关电源的地是否需要和 ADC 的模拟地分开吗 ?ADC 的模拟地通过一点接入开关电源输出滤波电容的地会减小电源纹波对 ADC 的影响。

48、PSRR 指标指什么?指的是电源电压抑制比。

49、最近我鉴定一只双电源 ADC。

我将待测转换器的输入端接地， 并 且在 LED 指示灯上观察其输出的数码。

令我非常惊奇的是为什么我所观察到的输出数码范围不是我所期望的一个数码?导致这个问题的原因有很多种：输入信号源的范围，参考电压源的值，噪音的影响等等。

50、ADC 的量化噪声为什么没办法消除?因为采样不是理想，而是无限逼近的概念。

51、实际应用中 INL、DNL 那个指标对用户更有意义?这两个指标都比较重要。

52、模拟地与数字地最后的连接方式应该是怎么样的?尽量将模拟地和数字地分开，为了避免相互的干扰。

但是在高速的 ADC 应用中，数字和模拟要求共地。

53、我现在需要安装节省空间的数据转换器,认为串行式转换器比较适合。

为了选择和使用这种转换器,请问我需要了解些什么?串行接口的 ADC 一般转换速度比较低，在 10M 以下，但是封装，读取会比较方便。

你可以先看看你需要的位数，以低于 10M 的速度能不能满足你的要求。

另外关键是 MCU 和 ADC 的接口，是使用模拟的 SPI 还是 MCU 的标准 SPI 接口。

54、对 ad 的时钟信号有什么要求?需不需要做一些温度、抖动方面的补偿?不需要做补偿。

ADC 中内部已经做了相关的补偿。

55、对于单板结构，板子上有多个比如 9 片 ADC 的话，本讲座是建议 ADC 跨接模拟地和数字地?是否意味着要多点接地?ADC 需要接在系统的模拟部分。

56、什么时候用 FPBW，什么时候用小信号 BW，数据手册并没有把所有情况告诉我们。

FPBW 与芯片的 Slew Rate 有关，当要把信号放大时，如果 Slew Rate 跟不上，输出信号就会失真。

FPBW = SlewRate/2piVp，Vp 为输出信号的电压。

57、请教专家，在采用 R、C 隔离时，若 R 较大会影响后面的 ADC，若 C 较大会影响相位，具体设计时应该如何选择呢?可以考虑在 RC 滤波后加一级运放做 buffer.58、数据转换器中最常见的错误主要有哪些?如何避免ADC 转换会受到 Noise 的影响，如果 ADC 转换的结果与理论值大概相等，那么可以通过在同一个输入电压上读多次转换结果，将转换结果平均来得到更为准确的值。

59、我们要的带宽为 100hz,结果用的是带宽为 1khz 的放大器，如何有效解决抗干扰问题?一般来讲，ADC 前端需要加一个滤波，滤掉把有用带宽以外的噪声。

60、影响 ADC 的重要参数有哪些?如何在 pcb 设计中避免?考虑 ADC 前端的抗混叠滤波器的设计，阻抗匹配，输入输出的阻抗。

61、在高速模数转换时，是不是不能以芯片内部的参考电压为准，都需要外部参考，有没有可能芯片内部参考电压也达到一般外部参考那么稳定?使用内部参考电压，由于参考电压在 ADC 转换时会 sink/source 电流，这会影响 ADC 的电源电压，进而影响 ADC 的 SNR。

一般系统精度要求很高的场合常使用外部参考。

62、目前 ADI 公司的 ADC 芯片中,分辨率高于 14bit,最高速率能达到多少?双通道,分辨率高于 14bit,最高速率能达到多少?14bit 的 ADC 最高为 150MSPS。

63、传递函数不连续(DNL 不连续)会导致什么问题?如果应用中遇到这个问题，我应该如何处理?使用软件补偿吗?如果不连续，为什么芯片不能从硬件角度去做补偿?DNL 不连续会导致丢码，这个问题没有办法在外部做补偿，这是 ADC 本身的特性。

ADI 的 ADC 都是保证没有丢码的问题存在的。

64、开关电源对数据转换出错的影响有多大?开关电源的频率建议多高最为合理?你可以加 LDO 或者 LC 滤波器减小电源纹波和噪声。

一般 ADC 的 PSRR 会比较高，位数低的 ADC 如 10bit 对电源要求不高，但高位数的 ADC 如 16bit 对开关电源要求比较高。

开关电源频率选择和功率，效率有关。

普通的开关频率一般选择为 100KHz-300KHz。

65、从信噪比角度来看，要实现多路 AD，是采用单个多路 AD 的芯片实现?还是用多个个单路的 AD 实现好?采用多个 ADC 芯片效果会更好。

因为单芯片多通道的芯片，通道之间会有干扰。

66、怎样判断转换错误是干扰信号引起的还是转换本身引起的?对于高频的要用高精度的基准源，高精度的可以将输入端短路来测试 ADC 本身上的噪声特性。

67、为了降低高频干扰，开关稳压器后面使用 LDO 是否有好处?会有好处。

你可以选择低噪声的 LDO。

68、那种类型的 A/D 在进行布线的时候，要特别的注意电磁干扰的抑制?有什么好的建议?一般来讲 ADC 不需要考虑这个，而是在电源端考虑电磁干扰抑制。

如果用到高速的数字器件或者时钟的话，可以考虑加一个屏蔽罩。

69、陷波器和抗混叠滤波器有什么不同?陷波器就是将某一频率下的干扰做足够的衰减，可以理解为带阻滤波器，而抗混叠滤波器可以理解为低通滤波器。

70、噪声混叠是否会导致 ADC 的 SNR 下降?混叠是由于采样率<2 倍的信号频率是产生的，这是会使得滤波器的设计变得困难，从而噪声的滤除变得困难，SNR 也会受到影响。

71、由 LDO 向 ADC 供电改为使用开关电源向 ADC 供电时,对 EMC 性能的影响?这要看你开关电源的 EMC 处理情况，如果开关电源 EMC/I 处理不好，系统就有 EMI/C 问题。

由 LDO 向 ADC 供电改为使用开关电源向 ADC 供电可能会影响 ADC 的精度。

72、如果测量的是很低频率的模拟信号(小于 10Hz)，直接单端测量和将信号转换成差分信号后驱动 ADC 相比，哪种方式测量精度会更高?你可以直接单端测量就可以。

73、脉冲模式的 A/D 时序控制复杂吗?是 A/D 内部实现的吗?对于用户端来说，都是用 CPU 控制 ADC 的通信接口，这并不复杂。

74、为了消除噪声干扰，如何才能尽量减少 AC 环路 ?布局布线的时候要尽量考虑信号线的回流路径，使得回路面积尽量小。

75、现在想做一个项目用到 16 位的高速 ADC，但是前端模拟信号本身的噪声比较大，会浪费掉 3~4 位的精度，为此你们觉得选择 16 位的 ADC 有必要吗?如果输入信号本身的噪声只要 12 位，而且无法通过处理来降低噪声，那么就不要使用 16bit 的 ADC。

76、一般 ADC 封装上都有很多模拟电源引脚，比如 AD7656 就有 8 个 AVcc，在设计 PCB 时，如何把他们连接到电源上?最好是有一层电源平面，就近将 AVCC 接到电源上，注意电容的分布。

新设计建议使用 AD7656-1，与 AD7656 相比，-1 电源引脚上需要的电容较少。

77、专家是否能推荐几款低温漂的 Rail-to-Rail 的高精度运算放大器呢?AD8628、AD863878、现在的系统中很多都是单一的开关电源供电，那么对于系统中 ADC、DAC 的数字电源、模拟电源、数字地、模拟地，要如何处理?数字电源可以通过一个磁珠后从模拟电源引出。

如果允许，尽量使用分离的电源芯片为模拟和数字电源供电。

79、有些 ADC 会在时钟输入端加入高频抖动源，这样做能够提升 adc 的有效位数么?可以用单电源供电，但要注意 AD620 的 Reference 需要接到 0.5 的电源电压处。

80、请问采样时如何才能避免信号的丢失?只能通过提高采样率或滤波。

81、如何区分干扰是从前端进去的?还是从电源进去的?对于高精度的应用，可以把输入端短路来测输出，如果干扰依然不变，就应该是电源和参考等引起的。

82、高速 ADC 和低速 ADC 在干扰的处理上有什么不同吗?相同的是加入去藕电容来消除干扰。

layout 可能有些不同，高速 ADC 一般采样地平面，就近接地，低速一般是数字地模拟地分开，单地接地。