ADC中的交流规范之总谐波失真

到目前为止，本系列文章主要讨论了ADC的DC规范。现在，我们将讨论ADC中的交流规范，例如失真和噪声。

顾名思义，总谐波失真（THD）是测量信号中存在的谐波失真。它是所有谐波分量的功率之和与信号基本频率的功率之比。THD与系统的线性有关。

ADC中缺少代码如何导致ADC输出失真。这种失真将导致输入信号的谐波出现在ADC的输出中。缺失代码的ADC确实会产生大量谐波失真，但缺失代码并不是谐波失真的唯一来源。ADC输出中的谐波失真是由ADC特性中存在的任何非线性引起的。每个实用的ADC都具有非线性特性。结果，每个实际ADC的输出中都存在谐波。DNL和INL是ADC特性非线性的量度，而THD是ADC输出中产生的谐波失真的量度。

图1：具有非线性特性的ADC输出的FFT –

清晰可见的谐波

为了可视化ADC输出中的谐波失真，我们将正弦波作为ADC的输入，并绘制ADC数字输出的傅立叶变换（aka FFT）。图1 显示了这种ADC输出的FFT示例。理想情况下，FFT应该在正弦波频率处具有单个频率尖峰。尽管输入信号的频率在FFT图中具有最高幅度（FFT中为绿色茎），但在图中也可以看到其他频率成分。输入信号频率称为基频。除了基本频率分量外，FFT中还会定期出现尖峰（蓝色茎）。这些是输入信号频率的谐波。

图1中用于测量的ADC 具有相当大的非线性特性。对于良好的ADC设计，ADC的输出FFT看起来会干净得多。 下面的图1-1显示了这样一个示例。为了表征这种ADC的失真，我们将需要更精确的工具和测量设备。

图1-1：具有相当线性特性的ADC输出的FFT

–谐波含量极低。

总谐波失真定义为ADC输出中谐波含量相对于基频功率的功率。可以分别根据等式（1）和（2）用分贝或百分比表示 。

如可以在可看出图1中，高次谐波的振幅-在谐波频率并且因此功率-通常会降低，因为我们移动到ADC的高次谐波。因此，在计算总谐波失真时，仅需考虑前几个谐波。ADC数据手册应在数据手册中指定为计算总谐波失真数而考虑的谐波数。

除了ADC的基本频率和谐波频率分量外，图1还显示了在每个其他频率分量处都存在一些功率（标记为红色）。这对应于ADC输出中存在的噪声。

作者简介：

Sachin Gupta 目前担任Cypress Semiconductor的产品营销工程师2。他拥有德里的Guru Gobind Singh Indraprastha大学的电子和通信学士学位。他在混合信号应用程序开发方面拥有数年的经验。可以通过sgup@cypress.com与他联系。

Akshay Phatak 是赛普拉斯半导体公司的应用工程师。他拥有印度浦那工程学院的电子和电信学士学位。他喜欢在混合信号嵌入式系统上工作。
编辑：hfy