ADC 达到的最高精度是多少?

电器工程 ADC 模拟
2022-01-22 20:20:45

前几天我在浏览 Digikey(不是吗?),我偶然发现了一些 32 位 ADC,有来自 Linear、TI 和 Analog 的产品。一个突出的是来自 Analog 的 AD7177,它在数据表第 19 页的表 7 中指出在每秒 5 个样本的情况下,它具有惊人的 27.5 个有效位数(以及 50纳伏的 RMS 噪声)。另一方面,当然,它的准确性要差得多,但仍然如此。

这让我想知道,如果一个相对便宜的现成 ADC 可以达到 27.5 位的 ENOB...

有史以来最高的 ENOB 是多少?是在一些超级集成的 IC、一些昂贵的实验室设备、锁定放大器中吗?有没有人打败过 27.5 位的精度?

[编辑] 澄清一下我不打算购买/制造或以其他方式购买这样的设备我只是好奇目前的技术水平是什么,现代原子钟已经达到了 3x10-18 (3 quintillionths) 的不确定性,现代科学电压表在秤上的位置在哪里?

3个回答

来自维基的定义:-

有效位数 (ENOB) 是衡量模数转换器 (ADC) 及其相关电路的动态范围的指标。ADC 的分辨率由用于表示模拟值的位数指定,原则上为 N 位信号提供 2^N 个信号电平

来自爱特梅尔的报价:-

在大多数情况下 10 位分辨率就足够了,但在某些情况下需要更高的精度。可以使用特殊的信号处理技术来提高测量的分辨率。通过使用称为“过采样和抽取”的方法,可以实现更高的分辨率,而无需使用外部 ADC。

在此处输入图像描述

过采样——连续采样 4 个样本并将它们组合起来以获得更多的分辨率;取一个相当标准的 18 位 ADC 并通过 256 过采样得到一个 22 位 ADC。再过采样 256 次以获得 26 位 ADC...

你知道这是怎么回事吗?

如果存在噪声并导致信号抖动,您可以通过对 4 个样本进行平均/抽取来使任何 ADC 有一个额外的位,因此,尽可能多地平均以获得更高的分辨率,但显然付出的代价是成比例地降低带宽和准确性。

有史以来最高的 ENOB 是多少?

你想要它是什么?


脚注 - 一个 sigma delta ADC 完全符合我上面描述的内容,除了它更好地管理带外噪声,因此在平均(或抽取)每个转换样本的增加位上获得更好的产量。

它仅使用 1 位 ADC(比较器),因此很明显这种技术有效,但不必使用 1 位 ADC。这都是关于噪声过滤的:-

在此处输入图像描述

由于在信号路径中使用积分器,来自 sigma delta ADC 的噪声在较高频率下逐渐变高 - 这迫使噪声在低频下较低,并且在抽取后,与仅传统的已过采样和抽取的 ADC。

使用执行良好的混合数字/模拟技术,使用 LTc(低临界温度)DC SQUID (超导量子干涉装置)可以获得大约 32 位的有效分辨率。一些 \$\mu\Phi_0\$ RMS 噪声,例如 +/-10000 \$\Phi_0\$ 范围给出 32 位,1Hz 带宽和 0.3Hz 转角频率。实际临界电流至少要高一个数量级,因此可能有更多位。

适合制作皮伏表等。由于 4K 环境,有点昂贵和不方便。

德州仪器 (TI) 拥有31 位分辨率的 ADC,ADS1282,在工业温度范围 (-40 C + 85 C) 内每秒可进行多达 4000 个样本。数量仅为约 40 美元。1000. 然而,我们需要非常非常努力地将模拟前端噪声降低到该分辨率水平,尽管一些滑动平均可能会有所帮助,但会牺牲采样率和/或带宽。