原创 On Board with Bonnie：由里到外的ADC噪声

图1：使用ADS1220 高精度ADC的电阻桥式测量

你可以将这个噪声想象为与一个放大器相似的输入引入现象（图2）。在使用放大器时，噪声单位，e_n，为毫微伏每方根赫兹 (nV/ÖHz)。在指定的带宽上，e_n 单位为微伏rms (µVrms)。运算放大器 (op amp) 噪声的另外一个测量单位为微伏峰峰值 (µVp-p)。

图2：具有-200V/V闭环增益的运算放大器电路

现在让我们来看一看增量-累加ADC和运算放大器的输出引入噪声。这两者均是闭环系统，其中ADC用一个内部数字滤波器处理信号，而放大器具有一个外部电阻器网络。在这两种情况下，器件都将输出噪声信号发送至输出引脚。在使用ADC的情况下，这个引脚将是D_OUT 引脚。在使用放大器时，将是V_OUT 引脚（你所关心的是总噪声）。

增量-累加ADC输出噪声的典型技术规格为有效位数 (ENOB) 和无噪声位 (NFb)。方程式1和2是针对这两个技术规格的普遍公式：

ENOB = log[(2*V_REF/GAIN)/( e_{n_uVrms})] / log 2                   (1)

NFb = log[(2*V_REF/GAIN)/(e_{n_uVp-p})] / log 2                        (2)

其中V_REF 是数据转换器施加的电压基准，而GAIN是数据转换器的增益，按照一个内部可编程增益放大器 (PGA) 进行操作的情况。

这些技术规格在你打算在不同的ADC之间进行比较时十分重要，但是在确定你的传感器系统的可重复性时要考虑影响噪声技术规格的因素。

在图1中，张力传感器的灵敏度为2m/V，而最大容量 (FSg) 为100kg。对于这个系统来说，以克为单位的可重复性或最小测量值可由方程式3算出：

 REPg = e_n:p-p * FSg / (AVDD * Sensitivity)                 (3)

其中AVDD为桥上的电压以及ADS1220正模拟电源。

对于这个ADC，数据速率 (DR) 20SPS，PGA增益为64并且处于正常模式下，则FSg等于100000g，而ADS1220 µV_PP 噪声为0.35µV（按照表1）。

REPg = FSg (1 - e_n:p-p / (AVDD * sensitivity))

REPg = 0.35 µV * 100 kg / (5 V * 2 mV/V)

REPg = 0.7 gm

表1：正常模式下，ADS1220的µV_RMS (µV_PP) 值

模拟的视角在最不常见的应用中是十分有用的。借助于张力传感器和增量-累加ADC，你可以将你的想象空间延伸至模拟领域，并使用对你的系统最有利的技术规格。

其它资源：

• 查看ADS1220和OPA365数据表。
• 阅读与ENOB，信噪失真 (SINAD) 和其它内容相关的博文发帖。
• Bonnie, Baker.“ENOB能说明一切吗？”EDN, 2008年4月
• 请在Baker最佳高精度增量-加强ADC精选电子书中阅读与增量-加强ADC相关的更多信息。