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Signal

ADC SNR 및 ENOB 계산기

애퍼처 지터 효과를 포함한 아날로그-디지털 컨버터 신호 대 잡음비, 유효 비트 수 (ENOB) 및 SFDR 계산

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공식

SNRideal=20⋅log10(2)⋅N+10⋅log10(3/2)dB;SNRjitter=−20⋅log10(2π⋅fin⋅tj)SNR_ideal = 20·log₁₀(2)·N + 10·log₁₀(3/2) dB; SNR_jitter = −20·log₁₀(2π·f_in·t_j)
N— ADC 해상도 (비트) (bits)
SNR— 신호 대 잡음비 (dB)
ENOB— 유효 비트 수 (bits)
t_j— 조리개 지터 (RMS) (s)
f_in— 입력 신호 주파수 (Hz)

작동 방식

ADC SNR 계산기는 데이터 수집 시스템 설계, 오디오 인터페이스 개발 및 정밀 측정 애플리케이션에 필수적인 아날로그-디지털 변환기의 신호 대 잡음비와 유효 비트 수 (ENOB) 를 계산합니다.테스트 엔지니어, 혼합 신호 설계자 및 계측 전문가는 이를 사용하여 ADC 성능을 특성화하고 적절한 컨버터를 선택합니다.IEEE 1241-2010에 따르면 이상적인 ADC SNR은 6.0206*N + 1.761dB이며, 여기서 N은 비트 분해능입니다.16비트 ADC는 98.09dB의 이론적 SNR을 달성합니다.ENOB = (SINAD - 1.761)/6.0206은 모든 노이즈와 왜곡을 고려한 실제 해상도를 수치화합니다. 즉, 86dB SINAD의 16비트 ADC는 14.0 ENOB만 제공합니다.최신 SAR ADC는 0.5-1.0비트 ENOB 손실을 내는 반면 델타-시그마 컨버터는 이상적인 0.2비트 이내입니다.아날로그 디바이스 MT-003 기준으로 보면 ADC 성능을 비교할 때 가장 중요한 성능 지표는 ENOB입니다.

계산 예제

진동 센서의 디지털화를 위한 14비트 SAR ADC (AD7944) 를 평가해 보십시오.데이터시트에는 2.5MSPS에서의 84.5dB SNR이 명시되어 있습니다.1단계: 이론적 SNR = 6.02*14 + 1.76 = 86.04 데시벨.2단계: ENOB = (84.5 - 1.76)/6.02 = 13.74비트 — 노이즈와 왜곡으로 인해 손실된 비트는 0.26비트뿐입니다.3단계: 유효 다이나믹 레인지 = 84.5dB = 16, 800:1 진폭 비율4단계: 10V 풀스케일 입력의 경우 노이즈 플로어는 10V/16800 = 0.6mV RMS입니다.5단계: 적절한 디지털화를 위해 센서 신호가 최소 0.6mV 이상인지 확인하십시오.이 ADC는 SAE J2716 SENT 프로토콜에 따른 자동차 센서 요구 사항을 초과합니다.

실용적인 팁

  • ✓IEEE 1241-2010에 따라 프라임 비율 입력 주파수의 코히어런트 샘플링을 사용하여 SINAD를 측정하여 빈 누출을 방지합니다.
  • ✓아날로그 디바이스 MT-003 기준 양산 ADC 선택 시 이론상 최대값에서 1~2 ENOB 손실을 예산으로 책정할 수 있습니다.
  • ✓PCB 레이아웃 고려: 디커플링이 불량하면 ENOB의 성능이 TI SBAA147 당 2-3비트까지 저하될 수 있음
  • ✓차동 입력을 사용하여 공통 모드 잡음 제거 — 산업 환경에서 ENOB를 0.5-1비트 개선합니다.

흔한 실수

  • ✗데이터시트 SNR이 모든 주파수에 적용된다고 가정하면 대부분의 ADC는 IEEE 1057에 따라 나이퀴스트 근처에서 3-6dB SINAD가 손실됩니다.
  • ✗SNR과 SINAD를 혼동하기 — SNR은 고조파를 제외하지만 SINAD는 THD를 포함하므로 차이는 6dB 이상일 수 있습니다.
  • ✗조리개 지터 무시: 1ps 지터는 ADC 해상도에 관계없이 100MHz 신호 SNR을 66dB로 제한합니다.
  • ✗온도 영향 간과: SNR은 제조업체 데이터에 따라 일반적으로 25°C에서 85°C로 3-6dB 저하됩니다.

자주 묻는 질문

SNR = 신호 전력/잡음 전력 (고조파 제외).IEEE 1241에 따른 SINAD = 신호/(노이즈+왜곡).16비트 ADC의 경우: SNR은 95dB일 수 있지만 SINAD는 THD로 인해 89dB에 불과합니다.ENOB는 SINAD: ENOB = (SINAD - 1.76)/6.02를 사용합니다.실제 해상도 평가를 위해서는 항상 SINAD를 사용하십시오.
각 비트는 해상도를 두 배로 높이고 6.02dB SNR을 추가합니다. 이론적으로는 8비트 = 50dB, 12비트 = 74dB, 16비트 = 98dB, 24비트 = 146dB입니다.실질적인 한계: 열 잡음은 24비트 ADC를 최대 120dB (20ENOB) 로 제한합니다.Kester에 따르면 노이즈 쉐이핑 기능이 있는 델타-시그마 ADC는 저주파수 신호에서 가장 높은 ENOB를 달성합니다.
IEEE 1241에 따르면: (1) 양자화 노이즈 — 기본 6.02N+1.76 제한. (2) 열 노이즈 — ENOB 상한선을 약 20비트로 설정합니다. (3) 조리개 지터 — 16비트에서 100MHz의 경우 100fs가 필요합니다. (4) 레퍼런스 노이즈 — 16비트의 경우 0.1ppm/sqrt (Hz) 의 예산을 책정합니다. (5) 클럭 위상 노이즈 — 고주파 SINAD를 1:1 dB 단위로 저하시킵니다.

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