出现这种情况的原因首先是由测量设备内部的ADC产生的量化误差引起的,假设测量设备内部包含一个11位的ADC,ADC共有211=2048个有效位,在1000V的量程(峰峰值)下,考虑最大±1000V的输入共2048个有效位,则由于不可避免的噪声的影响,ADC每跳动一个最小单位1LSB,产生的量化误差大约会有2000V/2048≈1V。如果使用该量程测量10.3V这样的信号,很显然单次ADC取样的最小分辨率已无法识别0.3V这样刻度(在图 2的量化示意图中0.3V处在两个刻度中间),当然无法测得正确的值。如果无规则噪声的峰值能大于1LSB时,多次采样取平均值后可以提高测量系统的有效位数,但这样的因素不在我们考虑的范围之内。
这样说来似乎高位数的ADC可显著降低量化误差,但遗憾的是高位数和高采样率是一个矛盾,因为高带宽会带来更高的噪声,同时在现有的ADC制作工艺和架构的限制之下,高采样率的ADC很难同时做到高有效位数。如我们的PA8000和PA5000希望在5MHz的带宽下提供2Mbps的采样率,如此高的带宽情况下将难以把有效位数提高到18位以上,因此我们的PA8000使用了18位、2Mbps采样率的ADC来减少量化误差。
图 2 量化示意图
前端模拟电路的噪声、失调影响