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ADC特性參數筆記 - SNR、SNDR、ENOB、SFDR

ADC特性參數除了上次整理出來的靜態參數(ADC特性參數筆記 - Offset Error、Gain Error、INL、DNL)外，還有和輸入訊號有關的「動態參數」。今天一樣花個時間來對其做個基本的了解。

⚫  動態參數 - Dynamic Parameter

A. Signal to Noise Ration. SNR. 訊號對雜訊比

B. Signal to Noise and Distortion Ration. SNDR. 訊號對雜訊失真比

C. Effective Number of Bits. ENOB. 有效位元數

D. Total Harmonic Distortion. THD. 總協波失真

E. Spurious Free Dynamic Range. SFDR. 無假訊號動態範圍

⬛ Signal to Noise Ration

▶縮寫：SNR

▶中文：訊號對雜訊的比值

▶單位：dB

▶公式：

① 以訊號有效值(RMS)計算

② 以功率計算

• Psignal = 訊號功率
• Pnoise = 雜訊功率

⬛ Signal to Noise and Distortion Ration

▶縮寫：SNDR

▶中文：

① 訊號對雜訊失真比

② 訊號對雜訊及失真的比值

▶單位：dB

▶說明：一般是輸入一弦波訊號給資料轉換器後，計算輸出訊號的訊號功率對「雜訊功率」加「諧波功率」的比值。

▶公式：

▶SNDR參數可看到

① 雜訊的影響

② 非線性造成的諧波失真影響

⬛ Effective Number of Bits

▶縮寫：ENOB

▶中文：有效位元數

▶單位：bit

▶計算：

① 對理想的、只考慮量化雜訊的N-bit資料轉換器，當輸入一弦波訊號時，理論上，其輸出訊號的最大SNR值為

② 將一個資料轉換器輸入弦波訊號後，量到的SNDR值代入上面的公式中的SNRmax, 再反推其所代表的位元數，即有效位元位ENOB. 

▶SNDR、ENOB可看出

① 轉換器是否能達到解析度的規格。

② 轉換器電路的線性設計的好壞。

③ 整體電路頻寬表現。

▶其它： 

① 輸入訊號頻率或時脈取樣率增加時，SNDR、ENOB會隨之下降。

② 當頻率愈高，訊號主tone的功率和線性度有可能下降、而雜訊和諧波功率會上升所導致。

⬛ Total Harmonic Distortion

▶縮寫：THD

▶中文：總協波失真

▶單位：dB

▶公式：

總協波失真THD：頻寬內所有諧波訊號因功率總合，對主訊號功率的比值。

▶THD可看出

一個電路的非線性影響有多嚴重。

⬛ Spurious Free Dynamic Range

▶縮寫：SFDR

▶中文：無假訊號動態範圍

▶單位：dBc

▶Spur：

① 頻譜上除了基步主tone訊號以外的所有突刺訊號。

② 諧波訊號。

③ Clock Feedthrough造成的訊號。

④ 其它訊號間的intermodulation所產生的訊號。

▶中文：

① SFDR為訊號主tone的功率對最大Spur功率的比值。

② 訊號功率的dB值和曘大Spur的功率dB值間的差異。

▶公式：

• Pmax_spur：最大的Spur功率值

資料來源：國立交通大學|何振綱|碩士論文-每秒五十億次取樣六位元類比數位與數位類比轉換之設計 https://ir.nctu.edu.tw/bitstream/11536/80649/1/251801.pdf