原创 第三回合：可重复性研究

系统重复性不同于系统精确度。利用系统重复性，您可以对比逐个转换的数据。帮助定义可重复性的规范就是噪声。

就单个模拟器件而言，例如：可编程增益放大器 (PGA) 或者驱动放大器的 ADC 等，您可以利用比器件带宽低十倍频的高频噪声密度性能，然后乘以该值，再乘以闭环带宽和(p/2)的平方根。(p/2) 平方根的倍数代表器件带宽以外区域的噪声。

Device_{rms-RTI-noise} = ?(p/2 * Device_NOISE@10KHZ)

方程式 1: RMS 放大器噪声

计算系统的总噪声时，您可以使用一个方和根 (RSS) 公式，组合电路输入端的这些噪声源。

Noise (RTI) = ?(PGA_rms-noise² + (OPA_{rms noise}² + ADC_rms-noise²) / GAIN_PGA)

方程式 2：总体 RMS 系统噪声

如果您仅允许二分之一比特误差，则您会发现 PGA-SAR 系统使用高达 16V/V 的模拟增益才能达到 12 比特可重复性性能。请注意，本电路中 PGA116 和 OPA350 的 10kHz rms 噪声密度为 12 nV/?Hz和5 nV/?Hz。对 ADC 噪声的贡献度等于 26.9 mVrms。

表 1     PGA-SAR 和 ΔΣ 系统的基线数据加可重复性误差

PGA-SAR 系统无法使用 16V/V 以上的 PGA 增益达到 12 比特级别的可重复性（参见表 1）。那么，Δ-Σ 系统会怎么样呢？

当谈及噪声时，Δ-Σ 转换器可让板设计人员从冗长乏味的模拟计算中解放出来。就我们所使用的器件 (ADS1258) 来说，有效分辨率为 19.5 比特。在一个 5V 系统中，19.5 比特分辨率转换成可重复伏特也就等于 12 mVrms 的噪声。无论 Δ-Σ 转换器的过程增益（参见图 1）如何，12 mVrms 噪声级别可应用于转换器所有增益的性能。这与 PGA 增益影响噪声级别的 PGA-ADC 电路不同。

如果我们从输入的角度来研究 Δ-Σ 系统，我们便能理解系统最低有效位 (LSB) 的大小。过程增益为 1 时，RTI 系统 LSB 大小等于 1.22 mV，且噪声级别为 12 mVrms。随着过程增益的增加，系统LSB大小下降，同时参考输入 (RTI) 噪声保持恒定。例如，过程增益为 128 时，理论 RTI LSB 系统大小为 9.54mV，而 Δ-Σ 转换器的噪声级别仍然为 12mVrms。

图 1    24 位 Δ-Σ 转换器的过程增益

如果我们在表 1（第 6 列和第 7 列）所示噪声方面研究 Δ-Σ 转换器系统，我们会看到一个具有高达 32 过程增益的较好 12 位系统。

PGA-SAR 系统重复性产生了一种 12 位现成的解决方案，其模拟增益为 1 到 16 V/V。Δ-Σ 系统重复性产生了一种过程增益为 1 到 32 的 12 位现成解决方案。在这一评估中，Δ-Σ 系统稍稍胜过 PGA-SAR 系统的噪声性能。

参考文献

·         《SAR 和 Δ-Σ ADC 吞吐时间对比》，作者：Baker, Bonnie。

·         《最佳解决方案带来精确度》，作者：Baker, Bonnie。

·         《系统决定 ADC 选择还是技术决定 ADC 选择》，作者：Baker, Bonnie。