Эффективное количество бит

Показатель динамического диапазона для цифровых систем

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

ENOB также используется в качестве меры качества для других блоков, таких как усилители выборки и хранения . Таким образом, аналоговые блоки могут быть включены в вычисления сигнальной цепи. Общий ENOB цепочки блоков обычно меньше ENOB худшего блока.

Полоса частот преобразователя сигналов, в которой по-прежнему гарантирован ENOB, называется эффективной полосой разрешения и ограничена проблемами динамического квантования . Например, АЦП имеет некоторую неопределенность апертуры. В тот момент, когда реальный АЦП производит выборку, его входной сигнал меняется от выборки к выборке. Поскольку входной сигнал изменяется, это изменение во времени приводит к изменению выходного сигнала. Например, АЦП может производить выборку с задержкой в ​​1 нс. Если входной сигнал представляет собой синусоидальный сигнал напряжением 1 В и частотой 1 000 000 радиан в 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]

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

где

• ENOB задается в битах.
• SINAD (сигнал, шум и искажения) — это коэффициент мощности, указывающий качество сигнала в дБ.
• член 6,02 в делителе преобразует децибелы (представление log ₁₀ ) в биты (представление log ₂ ), ^{[примечание 1]}
• Член 1,76 возникает из-за ошибки квантования в идеальном АЦП. ^[3]

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

Примечания

1. . ${\displaystyle 6.02\approx 20\log _{10}2}$

Рекомендации

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

• Гилен, Жорж (2006). Аналоговые строительные блоки для обработки сигналов . Левен: KULeuven-ESAT-MICAS.
• Кестер, Уолт (2009), Поймите SINAD, ENOB, SNR, THD, THD + N и SFDR, чтобы не потеряться в минимальном уровне шума (PDF) , Учебное пособие, Analog Devices, MT-003
• Максим (17 декабря 2001 г.), Глоссарий часто используемых терминов высокоскоростного преобразователя данных, Рекомендации по применению, Maxim, 740

Внешние ссылки

• Видеоурок по ENOB от Texas Instruments
• Эффективное число битов (ENOB) (PDF) Апрель 2011 г. Rohde & Schwarz — В этих указаниях по применению объясняется, как измерить ENOB осциллографа.