Tecnologia / Guida tecnica
Quantizzazione ADC, numero di bit e numero effettivo di bit
Un convertitore analogico-digitale rappresenta un intervallo di ingressi tramite un numero finito di codici. Il suo numero nominale di bit descrive il numero di etichette possibili, mentre la risoluzione effettiva dinamica dipende da una misura esplicitamente definita. L'errore di quantizzazione, il rumore analogico, la distorsione e l'errore sistematico del sensore sono contributi distinti, anziché un'unica conversione universale dai bit all'accuratezza.
Il numero di codici e l'informazione fisica sono concetti diversi.
Segui l'ampiezza ideale del passo fino al relativo modello di errore condizionato, poi distingui quel modello da un valore ricavato dal SINAD.
01 / Intervalli di codice.
Un passo nominale segue il modello ideale dichiarato.
Per una suddivisione uniforme ideale a N-bit dell'intervallo Vspan in 2^N intervalli di codice uguali, il passo è q = Vspan/2^N.
Per una partizione uniforme ideale a N-bit dell'intervallo Vspan in 2^N intervalli di codice uguali, il passo è q = Vspan/2^N. Questo identifica l'ampiezza dell'intervallo, ma non garantisce che ogni transizione effettiva o calibrazione degli estremi utilizzi tale relazione ideale.
Divisione ipotetica. N = 12 e un intervallo di 4.096 V danno q = 0.001 V, ossia 1 mV. Questi valori inventati non rappresentano il campo di misura di un sensore MARSTON. Aggiungere cifre decimali alla visualizzazione dopo la conversione non crea ulteriori intervalli di codice misurati.
02 / Modello di errore
Un limite di mezzo passo richiede un arrotondamento ideale e l'assenza di clipping.
Nell'intervallo rappresentato, la quantizzazione ideale al livello più vicino può essere descritta con un errore limitato a metà di un passo, secondo la convenzione dichiarata per gli estremi dell'intervallo.
Nell'intervallo rappresentato, la quantizzazione ideale al livello più vicino può essere descritta con un errore limitato a mezzo passo, secondo la convenzione dichiarata per gli estremi. La saturazione al di fuori dell'intervallo è diversa e può superare tale limite.
Se l'errore viene modellato con una distribuzione uniforme a media nulla tra −q/2 e +q/2, il suo valore RMS è q/√12. Analog Devices ricava questa approssimazione. Un ingresso costante o correlato può produrre un errore di codice ripetibile anziché rumore bianco indipendente.
03 / SNR ideale
La nota equazione dei bit è soggetta a condizioni sulla forma d'onda.
Per una sinusoide pura a fondo scala, la sola quantizzazione ideale, con l'interpretazione dichiarata del rumore uniforme e non correlato, fornisce approssimativamente SNR = 6.02N+1.76 dB sulla larghezza di banda di Nyquist specificata.
Per una sinusoide pura a fondo scala, la sola quantizzazione ideale, con l'interpretazione dichiarata di rumore uniforme e non correlato, fornisce approssimativamente SNR = 6.02N+1.76 dB sulla banda di Nyquist specificata. Non è una formula valida per ogni condizione di ampiezza o frequenza dell'ingresso.
Un valore inventato N = 10 dà 61.96 dB secondo quel modello ideale. Il rumore analogico, la distorsione, il jitter e un segnale di ampiezza ridotta cambiano il problema. La relazione relativa all'ampiezza del passo non può quindi prevedere da sola l'SNR dinamico di un'intera catena di misura.
04 / SINAD e ENOB
I bit effettivi descrivono un rapporto dinamico definito.
SINAD include rumore e distorsione rispetto al segnale dichiarato, con trattamento della componente DC e della larghezza di banda dichiarato.
SINAD include rumore e distorsione rispetto al segnale dichiarato, con il trattamento della componente DC e della larghezza di banda specificato. Per la comune convenzione della sinusoide a fondo scala, ENOB = (SINAD_dB−1.76)/6.02. Analog Devices osserva che la presentazione dei risultati ad ampiezza ridotta richiede la corrispondente convenzione di ampiezza.
Un ipotetico SINAD di 61.96 dB corrisponde a dieci bit efficaci secondo tale definizione. Questo non è un'istruzione per accorciare una parola digitale fino a dieci bit, né stabilisce l'accuratezza assoluta di dieci bit di un sensore meccanico.
05 / Metriche diverse
La risoluzione basata sul solo rumore non è la stessa grandezza dinamica.
Un valore di risoluzione effettiva basato sul rumore in DC può utilizzare un denominatore diverso e omettere la distorsione.
Un valore di risoluzione effettiva basato sul rumore in continua può utilizzare un denominatore diverso e omettere la distorsione. L'ampiezza nominale del codice, il numero di conteggi privi di rumore e l'ENOB basato su una sinusoide rispondono quindi a domande diverse. Confrontarne i valori senza definizioni può suggerire un miglioramento che consiste soltanto in un cambiamento della metrica.
La pagina guida ai termini relativi ai sensori tratta il comportamento meccanico e dell'indicazione. Un passo fine del convertitore non può eliminare l'errore sistematico a monte, mentre un sensore preciso può comunque essere rappresentato in modo grossolano dalla conversione o dalla visualizzazione successive.
06 / Ambito
Un modello di convertitore non specifica una catena di prodotti.
La frequenza di ingresso, l'ampiezza, la larghezza di banda rappresentata e i contributi di errore inclusi devono accompagnare un parametro prestazionale dinamico.
La frequenza di ingresso, l'ampiezza, la larghezza di banda rappresentata e i contributi di errore inclusi sono associati a un indicatore dinamico. Il guida al jitter Spiega un singolo contributo temporale, piuttosto che assumere che la quantizzazione sia l'unica limitazione.
Non viene assegnata a MARSTON alcuna architettura ADC, numero di bit, ENOB o accuratezza. Le equazioni non forniscono impostazioni degli strumenti, prove sul campo, modifiche della tensione di riferimento o del controllore; spiegano perché le indicazioni numeriche richiedono le rispettive ipotesi.
Guide tecniche correlate: Misurazione raziometrica: riferimento comune ed errori residui · Jitter di campionamento: errore di timing, pendenza del segnale e rapporto segnale/rumore. · Densità spettrale di potenza: unità, integrazione e RMS.
Informazioni generali: Analog Devices MT-001: errore di quantizzazione ideale e SNR condizionale · Analog Devices MT-003: convenzioni per SINAD ed ENOB a fondo scala. Questi riferimenti spiegano concetti del settore; sono distinti dai documenti MARSTON di prodotto e di progetto applicabili.
Concetti e condizioni fondamentali.
Leggere ogni grandezza insieme al riferimento, alle unità e alle condizioni dichiarate. Una relazione generale non stabilisce un valore specifico di un modello.
| Concetto / grandezza | Significato / relazione | Condizioni / limiti |
|---|---|---|
| N | Numero nominale di bit del codice | Non una dichiarazione completa di accuratezza. |
| q | Vspan/2^N nella partizione ideale. | Il comportamento effettivo di transizione è un aspetto distinto. |
| q/√12 | Errore RMS del modello ideale | L'interpretazione basata su un errore uniformemente distribuito è esplicita. |
| SINAD | Rapporto tra segnale e rumore più distorsione | Le convenzioni relative alle forme d'onda, all'ampiezza e alla larghezza di banda sono importanti. |
| ENOB | (SINAD_dB−1.76)/6.02 | Convenzione dinamica comune basata su una sinusoide a fondo scala. |
Domande ingegneristiche.
Le cifre decimali aggiuntive visualizzate creano ulteriori codici?
No. La formattazione non consente di aggiungere intervalli di conversione misurati.
L'errore di quantizzazione è sempre rumore bianco?
No. Le relazioni tra ingresso e campionamento possono generare un errore correlato.
6.02N+1.76 vale per ogni forma d'onda?
No. Le condizioni dichiarate di sinusoide a fondo scala e rumore ideale sono importanti.
ENOB è la lunghezza fisica della parola di uscita?
No. È un indicatore derivato delle prestazioni dinamiche.
Dieci bit effettivi dimostrano l'accuratezza assoluta del sensore?
No. La grandezza a monte e i perimetri degli errori rimangono distinti.
4.096 V e 12 bit sono specifiche dell'apparecchiatura?
No. Si tratta di dati di ingresso ipotetici per la ripartizione.
Richiesta tecnica
Discutere la questione tecnica.
Un convertitore analogico-digitale rappresenta una serie di ingressi attraverso un numero finito di codici. Condividi il modello e le informazioni operative o di progettazione applicabili per una discussione tecnica.