以上我們了解了轉(zhuǎn)換器誤差，接下來，我們將討論信號(hào)鏈中的剩余部分，以在系統(tǒng)層面了解這些概念。圖3所示為一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集信號(hào)鏈?zhǔn)纠?。圖中，一個(gè)傳感器連傳感器的交流信號(hào)先是推過兩級(jí)預(yù)調(diào)理放大器，然后，到達(dá)要采樣的ADC輸入端。此處的目的是設(shè)計(jì)這樣一個(gè)系統(tǒng)，使其可以精確地表示傳感器信號(hào)，精度保持在傳感器原始值的±0.1%之內(nèi)。嗯，似乎頗具挑戰(zhàn)性？

為了設(shè)計(jì)出這樣的系統(tǒng)，有必要思考有哪些類型的誤差可能會(huì)影響傳感器的原始信號(hào)，還要想想它們來自信號(hào)鏈的哪個(gè)部分。設(shè)想一下，在最終對(duì)信號(hào)采樣時(shí)，轉(zhuǎn)換器最后會(huì)看到什么。

假設(shè)在此例中，ADC的滿量程輸入為10 V，分辨率為12位。如果轉(zhuǎn)換器是理想的轉(zhuǎn)換器，則可確定其動(dòng)態(tài)范圍或SNR為74 dB。

圖3.簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集信號(hào)鏈。

SNR = 6.02 (12) + 1.76 = 74 dB (19)

然而，數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格只會(huì)顯示，轉(zhuǎn)換器的SNR為60 dB或9.67ENOB。

ENOB = (SNR – 1.76)/6.02 = (60 – 1.76)/6.02 = 9.67 位 (20)

請(qǐng)注意SNR和ENOB的計(jì)算方法：在用數(shù)據(jù)手冊(cè)中的SNR數(shù)據(jù)計(jì)算ENOB時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須明白的是，該數(shù)據(jù)可能包括，也可能不包括諧波。如果確實(shí)包括失真，則可使用SINAD，后者定義為SNR與失真之和，有時(shí)稱為THD(總諧波失真)。

因此，LSB大小可以定義為12.2 mV p-p or VFS/2N = 10/29.67。這樣可以大幅減少數(shù)據(jù)輸出端可能發(fā)生的表征的數(shù)量。記住，最后的LSB/位因ADC中存在噪聲而擺動(dòng)！

圖4. 記住，20 dB/十倍頻程，或3 × 20 = 60 dB。

表1列出了一些簡(jiǎn)單的等值換算，供確定目標(biāo)系統(tǒng)性能時(shí)參考。

其他系統(tǒng)不精確性

要注意上面的信號(hào)鏈?zhǔn)纠薪ㄗh的全部前端組件。正因?yàn)檗D(zhuǎn)換器精度達(dá)到或超過系統(tǒng)定義的系統(tǒng)精度規(guī)格，所以，還有更多的不精確性要理解——即前端、電源、任何其他外部影響或環(huán)境。

如上圖3所示，這種信號(hào)鏈的設(shè)計(jì)可能非常復(fù)雜，超過了本文討論的范圍。但可以對(duì)與這種信號(hào)鏈相關(guān)的不精確性/誤差進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)，如表2所示。

在任何信號(hào)鏈里都存在許多誤差，更不用說電纜和其他外部影響，這些因素也可能在很大程度上決定著這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。無論累積誤差怎樣，最終都會(huì)與信號(hào)一起在轉(zhuǎn)換器端被采樣——假設(shè)誤差不會(huì)大到能屏蔽被采樣信號(hào)的程度！

在用轉(zhuǎn)換器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要記住，對(duì)于系統(tǒng)精度的定義，等式包括兩個(gè)部分。一是上面描述的轉(zhuǎn)換器本身，二是用來在轉(zhuǎn)換器之前調(diào)理信號(hào)的所有組件。記住，每丟失1位，動(dòng)態(tài)范圍就會(huì)減少6 dB。推論就是，每獲得1位，系統(tǒng)靈敏度就會(huì)增長(zhǎng)2倍。因此，前端要求的精度規(guī)格要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用于對(duì)信號(hào)采樣的轉(zhuǎn)換器精度。

為了展示這一點(diǎn)，我們采用與圖3所示相同的前端設(shè)計(jì)。假設(shè)，前端本身的不精確性為20 mV p-p；即是圖5所示累積噪聲。系統(tǒng)精度仍然定義為0.1%。同樣的12位轉(zhuǎn)換器，其精度能否達(dá)到定義的系統(tǒng)規(guī)格要求？答案是不能，原因如下。