ADS1278的采样精度

小弟是新手，碰到一个困惑的问题，前来请教ＴＩ的专家。

在ADS1278的数据手册上说到最高信噪比是111dB，而按照S·NR的理论计算公式6.02N+1.76，N为18.1，而Δ-Σ的ADC的SNR由于过采样又提升了一些，那不是说ADS1278的有效采样位数要小于18？峰峰值分辨率不是要更低了。而且ADC的噪声都至少有５.５uVrms，２４位采样精度能够达到吗？

另外还有一个小问题： 如果模拟信号链的输入电压的FSR分别为10V，经过放大倍数为０.５的全差分放大器输入到ADS1278，ADS1278输入电压的FSR为5V，那么系统的LSB是10V/2^N吗？前级的噪声记过放大倍数为０.５的全差分放大器，会衰减一半吗？

Nick Dai：

Weijie，

    在将模拟信号转换为数字信号时，会引入噪声，这种噪声称为量化噪声。对于单个数字采样，噪声为± 1/2 LSB。LSB越小，ADC分辨率越高。更高的分辨率意味着更低的量化噪声或更高的信噪比（SNR）。ADC分辨率与SNR之间的经典关系如下面的等式，其中N是ADC分辨率的有效位数。

SNR = 6.02N + 1.76 dB    

但是，Delta-sigma调制器的作用类似于输入信号的低通滤波器和量化噪声的高通滤波器，它将噪声推向更高的频率区域，也就是量化噪声整形，通过利用数字抽取，对调制器输出进行低通滤波并移除量化噪声。在感兴趣的频带上降低了噪底意味着ADC具有更高的SNR和更宽的动态范围。

过采样带来了更高的SNR，如下面的等式，其中Fs是采样速率，K是过采样系数，BW是输入信号的带宽。更高的SNR带来了更多的ADC分辨率有效位数。

SNR = 6.02N + 1.76 + 10log (KFs /2BW) dB

   通常ADC产生的输入噪声通过PGA增益会减弱，但性能主要有PGA的噪声性能及偏置电压，线性性能等因素决定。

xian zhang3：

回复 Nick Dai:

Nick，你好

我的疑问是：按照SNR = 6.02N + 1.76 + 10log (KFs /2BW) dB，而SNR<=111dB，则有效采样位数要小于18，那么24位的采样精度要怎么才能达到呢？

第二个问题是，整个采集系统的最低有效位（LSB）是由调理电路的输入端的FSR决定，与ADC参考电压无关吗？比如输入端电压范围是10Ｖ，那么系统的ＬＳＢ就应该为１０Ｖ/2^N，是这样吗？

Van Yang：

回复 xian zhang3:

你好，24bit只是分辨率，决定了LSB，而有效位数决定了SNR。换句话说，24bit决定量化噪声，而量化噪声只是RTI噪声的一部分。

LSB与输入电压有关。

Nick Dai：

回复 xian zhang3:

     补充楼上的，LSB它代表了在某输入电压范围下，ADC可以分辨的最小电压。例如12bit可以有2^12=4096种编码，如果输入电压范围为0～4.096V，则LSB代表了1mV，与参考电压无关。

xian zhang3：

回复 Van Yang:

谢谢Van，您的回答让我想通了一些疑惑。

假如整个模拟信号链路的输入范围是0~25mV，如果实现N位的分辨率，则系统的LSB就是25mV  /  2^N

因此对信号链路的噪声要求是把信号调理电路，ADC产生的噪声折合到输入端后得到的RTI噪声要小于LSB。

这样理解是否正确？

但我又有一个问题：RTI噪声可以通过理论计算得到一个估计值，但实际电路工作中，RTI噪声值应该怎么测量呢？

或者可以用其他参数来评估采集系统的采样精度，如果是的话，应该去考虑哪些参数呢？

xian zhang3：

回复 Nick Dai:

假如5Vpp的输入，20有效分辨率，那么LSB为4.76uVrms，但是ADS1278的噪声都至少5.5uVrms（高分辨率模式的典型值）。

总感觉ADS1278电压噪声有效值有点高了，难以实现高分率的采集。不知道我是否又理解错了？

Iven Xu：

回复 xian zhang3:

1.首先请明确两个概念，ADC的“分辨率”和“有效位数”是两个不同的概念，公式中SNR=6.02*N+1.76，其中N为“有效位数”，反映ADC的精度；而ADC的“分辨率”则是反映ADC所能分辨的最小刻度。

只有在理想情况下，“分辨率”=“有效位数”。通常实际ADC中，由于外界噪声或者器件本身工艺的限制，导致ADC的“有效位数”永远达不到其所能分辨的最小刻度，这是所有半导体厂家都不能避免的问题。

2.关于LSB，1LSB=Vfsr/2^N，N是“分辨率”，当然在不同的基准电压时，其LSB是不同的。这也就是通常我们所说的“ADC的精度准不准，还取决于基准电压准不准”，如果基准电压很差，即使使用高分辨率的ADC，系统的精度也是很差的。

所以，要实现高精度的采集，也就是要提高有效位数，还需要考虑外围电路的影响，比如基准电压、PCBLayout和焊接工艺（有时会引入较大噪声）、应用环境温度、输入信号的幅度等因素。

希望能对您的理解有所帮助。

xian zhang3：

回复 Iven Xu:

换个角度提问：

假如输入信号的范围是0~2.5V，精度要求是1ppm，则系统LSB为2.5uV，那么就要求ADC能够测量2.5uV的变化。

当然可以对输入信号放大两倍，那么就要求ADC能够测量5uV的变化。

现在不考虑基准电压、PCBLayout和焊接工艺等因素，就考虑ADC自身存在的噪声。

那么ADS1278能否测量5uV的信号变化呢？

———————————————————————–

当前处于选型阶段，不知道ADS1278是否能满足条件

Luke Sun：

回复 xian zhang3:

Hi wenjie zhang,

      你可以说下你的应用场景是什么，噪声是一个均值为0的随机信号，因此针对一个DC信号，如果多次采样取得平均值即可抑制噪声对测量精度的影响，ADS1278在高精度模式下的噪声虽然为5.5uV,rms ，但经过N次采样平均后其噪声的rms值会降为原来的（1/n）^0.5.

      此外，周边电路的噪声影响会远大于现在我们讨论的量级，因此在评估系统时这些影响不能忽略不讨论。