dbfs和dbm的换算,ad转换器的分辨率

模数转换器，即A/D转换器，简称ADC，将模拟信号转换为数字信号。输入到输入端子的模拟电压经过采样、保持、量化和编码的四个过程的处理并且被转换为相应的二进制数字输出。采样是通过模拟开关将连续变化的模拟量转换为离散的数字量，由于采样的数字量宽度窄，因此可以通过保持电路扩展窄的脉冲宽度来形成梯形波。量化是指将阶梯状的模拟信号中的各个电压值转换为某个最小单位的整数倍，容易用数字量来表示。编码是量化的结果，即整数倍的值用二进制表示。该过程实现模数转换。

分辨率和动态范围的ADC分辨率是表示模拟输入信号的位数。为了更准确地再现模拟信号，需要提高分辨率，使用高分辨率的ADC还可以减少量化误差。但是，成本会上升。动态范围(DR )可定义为从装置背景噪声到所述规定的最大输出电平的范围，且通常由dB表示。 ADC的动态范围是指ADC可以识别的信号振幅范围。 ADC的分辨率位数(n )确定ADC的动态范围，表示ADC可测量的输入信号电平范围，DR可定义为：

ADC的DR变化将取决于输入信号特性，因为在一个时间窗口内的信号的RMS振幅取决于该时间窗口内的信号振幅如何变化。对于其全范围(FSR )内的给定DC输入，理想的n位ADC可以分别测量FSR和FSR/2N的最大和最小RMS幅度。因此，ADC的灾难恢复如下：

对于正弦波输入信号，正弦波输入信号的最小可测量的RMS振幅受量化误差限制。对于正弦输入信号的理想ADC的DR，当DR=6.02N 1.76dB假设ADC的动态范围为60dB时，该分辨率的信号幅度为从x到1000x。动态范围通常非常重要。这是因为如果信号太大，ADC就会输入超量程。如果信号太小，就会被转换器的量化噪声淹没。

信噪比和信噪比

数模转换器的信噪比(SNR )是输入信号功率与噪声功率的比，在此用于量化数据转换器内的噪声。 SNR也可以使用信号振幅和噪声振幅的RMS值以dB为单位进行测量。

在全尺度正弦输入条件下，ADC的理论最高SNR从量化噪声导出，其中SNR=6.02N 1.76dB，其中n是理想ADC的位数，并且对于理想n位数据转换器(不考虑谐波失真)的正弦输入，在整个奈奎斯特带宽上实现然而，在实际的ADC中，数据转换器的SNR不仅受量化噪声的限制，而且受其热噪声和采样时钟的相位噪声的限制。噪声主要来自三个来源：量化噪声ADC热噪声抖动或采样不确定噪声信号与噪声失真比(Signal to Noise And Distortion，SINAD )在正弦波输入时不包括总噪声功率和输出端(DC )等NDR是测量数据转换器动态性能的重要参数之一，包含奈奎斯特带宽的所有噪声和杂散。 SNDR的公式如下：

在此，信号功率是有用的信号、噪声、失真分量的平均功率。 SNDR单位为分贝(dB )，SNDR将所有不良频率成分与输入频率进行比较，反映输入信号的质量，综合测量数据转换器的动态性能。 NDR越大，输入功率中的噪声和杂散比率越小。

ADC的有效位数

有效位数(ENOB )是用于测量数据转换器对输入信号的奈奎斯特带宽下的转换质量(比特单位)的参数。该例子中的ENOB等于SNDR，即，SNR(dbfs )=6.02N 1.76dB，因为变换器具有理论上完美性能，假定变换器不发生失真且唯一产生的噪声是量化噪声。因此，ENOB也是SNDR的另一种表示形式：

然而，对于非理想数据转换器，SNDR和ENOB会引起恶化，包括噪声、设备热噪声、输出代码丢失、谐波、AC/DC非线性、增益/偏移误差、开口时钟噪声和抖动等缺陷。外部偏置基准源和电源导轨上的噪声也降低了ENOB。

总谐波失真(THD )测量信号的失真分量由相对于基波的分贝(dB )表示。在ADC的情况下，总谐波失真(THD )是所选择的输入信号谐波的RMS之和与基波之比。测量时，只包含奈奎斯特限值内的高次谐波。与THD由于非线性的原因而在输入频率增加时劣化类似，ENOB值也在频率增加时劣化。 ENOB来自SNDR，SNDR与THD和SNR相关。要了解数据转换器的准确ENOB，必须阅读数据手册的详细规范和规定条件。

实际ENOB的大多数模拟数据转换器IC制造商倾向于普及理想条件下的ENOB，特别是数据手册标题中记载的ENOB值。但是，许多系统工程师和采购经理都很好奇为什么测量的ENOB值和数据手册中的理想值不同。在实际使用中，ADC本身存在噪声和误差，其输出不仅有量化噪声，还有失真引起的高次谐波，因此无法达到该SNR值。启用ADC :计算enob=(SNR1.76 )/6.02 dB。假设装置为12位ADC，则ENOB可能只有10位。但是，请注意，这并不意味着删除ADC的后两位就可以作为理想的10位ADC使用。此处的ENOB是指12位非理想ADC的SNDR等于理想的10位ADC的SNR。对ENOB的一些理解：常见数据转换器数据手册标题中显示的“位数”(12位或14位)表示数字位或电压分辨率。这和ENOB没有关系。 • ENOB主要与噪声、非线性、输入频率呈函数关系。 • ENOB会因时钟源、电源等各种外部不确定因素而老化。 • ENOB是用奈奎斯特带宽整体(DC至fs/2 )计算的。