Эффективное число бит

Метрика динамического диапазона для цифровых систем

Эффективное число бит ( ENOB ) является мерой динамического диапазона аналого -цифрового преобразователя (АЦП), цифро-аналогового преобразователя или связанных с ними схем. Разрешение АЦП определяется числом бит, используемых для представления аналогового значения. В идеале 12-битный АЦП будет иметь эффективное число бит почти 12. Однако реальные сигналы имеют шум, а реальные схемы несовершенны и вносят дополнительный шум и искажения . Эти несовершенства уменьшают число бит точности в АЦП. ENOB описывает эффективное разрешение системы в битах. АЦП может иметь 12-битное разрешение, но эффективное число бит при использовании в системе может быть 9,5.

ENOB также используется как мера качества для других блоков, таких как усилители выборки и хранения . Таким образом, аналоговые блоки могут быть включены в расчеты сигнальной цепи. Общий ENOB цепочки блоков обычно меньше, чем ENOB наихудшего блока.

Частотный диапазон преобразователя сигнала, где ENOB все еще гарантирован, называется эффективной полосой пропускания разрешения и ограничен проблемами динамического квантования . Например, АЦП имеет некоторую апертурную неопределенность. Момент, в который реальный АЦП делает выборку своего входного сигнала, варьируется от выборки к выборке. Поскольку входной сигнал изменяется, это изменение во времени преобразуется в изменение выходного сигнала. Например, АЦП может делать выборку с опозданием в 1 нс. Если входной сигнал представляет собой синусоиду 1 В с частотой 1 000 000 радиан/секунду (примерно 160 кГц), входное напряжение может измениться на целых 1 МВ/с. Ошибка времени выборки в 1 нс приведет к ошибке выборки около 1 мВ (ошибка в 10-м бите). Если бы частота была в 100 раз выше (около 16 МГц), то максимальная ошибка была бы в 100 раз больше: около 100 мВ на сигнале 1 В (ошибка в третьем или четвертом бите). ^{[ указать ]}

Определение

Часто используемое определение ENOB: ^[1]

\mathrm {ENOB} = {\frac {\mathrm {SINAD} -1.76}{6.02}},

где

ENOB указывается в битах.
SINAD (сигнал, шум и искажения) — это отношение мощностей, указывающее качество сигнала в дБ.
член 6,02 в делителе преобразует децибелы (представление логарифма ₁₀ ) в биты (представление логарифма ₂ ), ^{[примечание 1]}
Значение 1,76 возникает из-за ошибки квантования в идеальном АЦП. ^[3]

Это определение сравнивает SINAD идеального АЦП или ЦАП с длиной слова ENOB бит с SINAD тестируемого АЦП или ЦАП.

Примечания

^ . $6.02\приблизительно 20\log _{10}2$

Ссылки

^ Кестер 2009, стр. 5, Уравнение 1.
^ Уравнение. 2,8 в Гертсе, Ив; Стейерт, Мишель; Сансен, Вилли MC (2002). Проектирование многоразрядных дельта-сигма аналого-цифровых преобразователей . Спрингер. ISBN 9781402070785.
^ . ^[2] $1.76\приблизительно 10\log _{10}(3/2)$

Гилен, Жорж (2006). Аналоговые строительные блоки для обработки сигналов . Левен: KULeuven-ESAT-MICAS.
Кестер, Уолт (2009), Понимание SINAD, ENOB, SNR, THD, THD + N и SFDR, чтобы не потеряться в шумовом пороге (PDF) , Учебное пособие, Analog Devices, MT-003
Maxim (17 декабря 2001 г.), Глоссарий часто используемых терминов высокоскоростных преобразователей данных, Примечание к применению, Maxim, 740

Внешние ссылки

Видеоурок по ENOB от Texas Instruments
Эффективное число бит (ENOB) (PDF) Апрель 2011 г. Rohde & Schwarz — В этом руководстве по применению объясняется, как измерить ENOB осциллографа.

[2] . $6.02\приблизительно 20\log _{10}2$

[1] Кестер 2009, стр. 5, Уравнение 1.

[3] Уравнение. 2,8 в Гертсе, Ив; Стейерт, Мишель; Сансен, Вилли MC (2002). Проектирование многоразрядных дельта-сигма аналого-цифровых преобразователей . Спрингер. ISBN 9781402070785.

[4] . ^[2] $1.76\приблизительно 10\log _{10}(3/2)$