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(π/2)的平方根。(π/2) 平方根的倍数代表器件带宽以外区域的噪声。
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。
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 μVrms。
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 μVrms的噪声。无论Δ-Σ转换器的过程增益(参见图1)如何,12 μVrms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1.22mV,且噪声级别为12 μVrms。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9.54μV,而Δ-Σ转换器的噪声级别仍然为12μVrms。
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。