許多ADC用于測(cè)量靜態(tài)信號(hào)的電平或大小。應(yīng)用包括重量，壓力和溫度的測(cè)量。這些應(yīng)用涉及需要高分辨率和高精度的低電平信號(hào)。一個(gè)示例是可以承受5 kg負(fù)載，但仍可將測(cè)量結(jié)果解析為10毫克的秤。

當(dāng)使用高分辨率ADC時(shí)，需要了解與轉(zhuǎn)換過(guò)程相關(guān)的誤差和噪聲。本應(yīng)用筆記的目的是展示如何使用直方圖分析來(lái)量化靜態(tài)性能。收集數(shù)據(jù)樣本集并用于測(cè)量噪聲和偏移。統(tǒng)計(jì)技術(shù)用于確定與估計(jì)相關(guān)的“優(yōu)”和置信區(qū)間。解決平均問(wèn)題是減少不確定性和提高分辨率的一種手段。

噪聲直方圖說(shuō)明

通常，不指定描述ADC噪聲的PDF。該P(yáng)DF可以通過(guò)靜態(tài)測(cè)試進(jìn)行估算。該估計(jì)的PDF實(shí)際上是隨機(jī)變量相對(duì)于各個(gè)變量的發(fā)生的直方圖。對(duì)于ADC，隨機(jī)變量是生成的數(shù)字代碼，因此，將針對(duì)每個(gè)離散代碼繪制每個(gè)代碼出現(xiàn)的頻率。

在無(wú)噪聲ADC中，特定輸入電壓的輸出代碼將始終為相同的值。無(wú)噪聲轉(zhuǎn)換器的直方圖如圖1所示。如果ADC中存在噪聲源，則輸出代碼的直方圖包含多個(gè)值。圖2的直方圖表明，單個(gè)輸入的輸出可以是11種可能的代碼之一。

由隨機(jī)效應(yīng)產(chǎn)生的電噪聲會(huì)形成高斯分布或正態(tài)分布，這是稱為正態(tài)曲線的鐘形曲線。高斯PDF是連續(xù)的，并且完全由平均值（μ）和方差（σ2）來(lái)確定。高斯PDS由以下公式定義：

實(shí)際PDF的n= 1。

n的其他值可縮放PDF以適合樣本集。圖3中顯示的數(shù)據(jù)可用于估計(jì)PDF。圖3繪制了帶有噪聲的ADC直方圖及其估計(jì)的PDF。均值和方差是從樣本數(shù)據(jù)集中估計(jì)的。根據(jù)這些PDF參數(shù)，可以量化ADC的性能。平均值是期望值或平均值。它用于測(cè)量偏移誤差。方差描述了均值分布的變異性。它用作不確定性或噪聲的度量。方差的平方根稱為標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ），它是有效噪聲或rms噪聲的量度。峰峰值噪聲可以從均方根噪聲值確定。

高斯PDF不能用于測(cè)量所有類(lèi)型的噪聲。當(dāng)使用正態(tài)分布或高斯分布來(lái)估計(jì)PDF時(shí)，噪聲必須是隨機(jī)的。圖4示出了非隨機(jī)噪聲的直方圖。注意，直方圖分布不具有熟悉的鐘形。直方圖可能是60 Hz線路干擾或其他類(lèi)型的正弦噪聲的結(jié)果。PDF類(lèi)似于正弦波，具有“尖峰形”分布。

圖5是不具有高斯形狀的PDF的另一個(gè)示例。此處的原因是由于ADC的差分非線性（DNL）較差。DNL較差會(huì)導(dǎo)致代碼寬度不均勻，從而使分布偏斜。Δ-Σ和自校準(zhǔn)ADC具有良好的DNL規(guī)格。良好的DNL對(duì)于使用平均以提高分辨率的應(yīng)用程序非常重要。

直方圖必須具有鐘形分布，否則估計(jì)的高斯PDF將不相關(guān)或估計(jì)的高斯PDF將不與實(shí)際系統(tǒng)相關(guān)。優(yōu)良作法是查看噪聲分布并驗(yàn)證是否正在分析隨機(jī)噪聲。如果噪聲不是隨機(jī)的，則不能使用高斯PDF方程對(duì)直方圖進(jìn)行建模。

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