Re: [問題] ADC的解析度問題?

[jamtu (月光下的智慧)]

※ 引述《woko (孤.獨.一.痕)》之銘言：
: 不好意思，
: 最近遇到一個問題一直想不通，
: 想請教版上各位先進的意見：
: 目前我正要將晶片兜成一個類比轉數位的系統(用PCB實現)，
: 在PCB板子輸出規劃IC輸出訊號會再經由driver和ADC，
: 簡述如下面3行：
: (1)    晶片輸出類比電壓0V-10V
: (2) => 外掛driver IC轉成差動輸出0.5V-4.5V
: (3) => driver IC輸出再輸入外掛差動ADC(Vref設定5V,解析度18 bit)
: 我最後要觀察的是晶片輸出0V~10V的特性。
: 想請問:
: 在這種設計之下我的解析度會是(4V/2^18)還是(5V/2^18)或是(10V/2^18)呢?
: p.s.強者我學長說不用管輸出端怎麼轉換，
:     反正要觀察0V-10V解析度就是(10V/2^18)，
:     不過我還不太清楚，
:     最後ADC只會輸出0.5V~4.5V的範圍，
:     為什麼解析度不是(4V/2^18)呢?

以下有錯請指正

這個問題要從系統上來看。
我個人認為　在放大器+ADC這種設計裡頭
單純講ADC幾bit是
非常非常非常非常非常非常不精確的說法
跟人溝通容易　但是designer該知道的不僅於此

首先，你必須先知道你類比IC輸入的信號
所需要的SNDR是多少
假設你做的是生理信號感測IC
假設此生理信號的動態範圍是128uVpp
自己所設計之類比IC雜訊為1uVrms
那解析度就是7個bit
(我假設沒有非線性，以下都假設沒有)

假設你將這128uVpp的信號放大為0~10V
那麼你的1uVrms也會放大這麼多倍
雜訊為78.125mVrms
輸出還是7個bit

接下來你把信號推到driver上面
輸出剩下0.5~4.5V　是一個縮小的動作
但是信號跟雜訊一起縮小
而且假設你的driver沒有貢獻太多雜訊
那你的信號解析度就還是7個bit
雜訊是 78.125*0.4 = 31.25mVrms

最後假設你ADC是18個bit
這個18個bit的意思是
此ADC的設計
在乾淨sine wave從ADC輸入打full swing的情況下
其解析度是18個bit
也就是說，在正負Vref為10V的情況，是18bit解析度
1個bit相當於10/262144 = 38uVrms
這個noise是固定的　不會因為你信號打比較小而變小

但是因為我原本的信號在經過放大器就剩下7個bit的解析度
我送進ADC就是31.25mVrms的雜訊
我ADC的雜訊只有38uVrms根本微乎其微
我送出ADC的解析度仍然是7個bit


所以，你的問題，要從系統的角度來看
假設你送進ADC的信號，雜訊量比起ADC的雜訊可忽略
你的物理信號解析度應該是4V/38uVrms
也就是2^18*0.4大概是16.多個bit

假設你送進ADC的信號，雜訊量遠大於ADC貢獻的雜訊
那要看你送進ADC之前的SNDR是多少
就是那一個bit數

注意，當你做一個完整的系統
而不只是單一個ADC時
你永遠要注意的
都是物理信號的解析度
而不是ADC的解析度
當一個人在講他一個sensor系統是幾個bit
你必須知道這個sensor input的dynamic range是多少
輸出的1個LSB代表多少物理信號
這才真正含有我們需要的資訊
ADC只是signal train的一個element
他只是把類比信號變成數位信號　並額外加了noise而已
我們必須把ADC的幾bit翻譯成"相當於多少物理信號"
去解讀我們最後要的資訊才可以

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 39.1.9.78
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※ 編輯: jamtu (39.1.9.78), 04/06/2014 23:14:00
→ mos888tw:意思就是LSB多少可接受 1V也是可以LSB 1uV也是可以LSB
推 Baneling:沒錯... 很多做Analog Front IC的學生都沒有noise的觀念
→ Baneling:去CIC下線做的晶片都很歡樂.... Orz
→ Baneling:不過我覺得原po的問題是在ADC設計的觀念 他將兩個東西搞
→ Baneling:混了 1.ADC輸入範圍 2.ADC本身的解析度是取決於參考電壓
→ lusitani:簡要來說,要由input來訂出適用的spec,不知道這樣看法
→ lusitani:對不?
推 bear1991:(跪
→ jamtu:對  因為使用者需求就是input的spec