本文主要对ADC分析分类噪声，分析高低分辨率ADC特征差异便于使用ADC系统设计更好。

噪声是任何不必要的信号(通常是随机的)添加到所需信号中，导致其偏离其原始值。 所有电气系统都固有噪声，因此不存在“无噪声”电路。

在电子电路中，噪声有多种形式，包括：

• 宽带（thermal ，Johnson）噪声，与温度相关的噪声是由电导体内的电荷物理运动引起的。

• 1/f（pink，flicker）噪声，它是一种低频噪声，其功率密度与频率成反比。

• 爆米花（burst）噪声，它本质上是由设备缺陷引起的低频，使其随机且不可预测。

这些形式的噪声可以通过各种来源进入信号链，包括：

可以将总 ADC 噪声分为量化噪声和热噪声两个主要来源。 这两个噪声源不相关，所以可以用和方法来确定总的 ADC 噪声 NADC,Total，如公式 1 所示：

每个 ADC 噪声源具有知道如何减少固有属性的特定属性 ADC 噪音很重要。

下图描绘了 ADC 理想的传递函数图(不受失衡或增益误差的影响)。 传输函数从最小输入电压水平延伸到最大输入电压，并沿垂直轴 ADC 代码总数分为多个步骤。 具体图有 16 代表一个编码(或步骤) 4 位 ADC。 (注:使用直接二进制代码 ADC 传递函数只包括第一象限。）

定量噪声来自将无限数量的模拟电压映射到有限数量的数字代码的过程。 因此，任何单个数字输出都可以对应多个模拟输入电压，这可能是不同的 ? 最低有效位 (LSB)，如公式所定义： L S B s i z e ( V ) = F S R 2 N LSB size (V) = \frac {FSR} {2^N} LSBsize(V)=2NFSR 其中 FSR 以伏特为单位的满量程表示 (FSR) 值，N 是 ADC 的分辨率。

如果将此 LSB 误差映射到量化 AC 如下图所示，将获得信号。请注意量化阶梯形数字输出与平滑正弦模拟输入的区别。 这两个波形之间的差异和绘制结果如图所示 锯齿形误差显示在底部。误差在于 ±? LSB 它们之间的变化在结果中显示为噪声。

类似地，对 DC 信号，与量化相关的误差在输入信号的 ±? LSB 两者之间的变化。但由于直流信号没有频率重量，量化噪声实际上表现为 ADC 输出中的偏移误差。最后，量化噪声的一个明显但重要的结果是 ADC 它不能超过其分辨率，因为它不能区分输入中的子 LSB 变化。

与定量噪声不同，定量噪声是模数（或数模）转换过程的副产品。热噪声是所有电气元件中固有的现象，是电导体中电荷物理运动的结果。 因此，即使不使用输入信号，也可以测量热噪声。

不幸的是，它不能受到影响 ADC 的热噪声，因为它是设备设计的函数。在其余部分，将把量化噪声以外的所有 ADC 噪声源称为 ADC 的热噪声。

下图描述了时域内的热噪声，通常具有高斯分布。

虽然无法影响 ADC 固有热噪声可能会改变 ADC 量化噪声水平取决于 LSB 大小。 然而，量化的重要性取决于你使用的低分辨率还是“高分辨率”ADC。

低分辨率 ADC 是指总噪声更依赖于量化噪声的任何器件，例如， N A D C , Q u a n t i z a t i o n > > N A D C , T h e r m a l N_{ADC,Quantization} >> N_{ADC,Thermal} NADC,Quantization​>>NADC,Thermal​ 相反，高分辨率 ADC 是其总噪声更依赖于热噪声的任何器件，例如， N A D C , Q u a n t i z a t i o n < < N A D C , T h e r m a l N_{ADC,Quantization} << N_{ADC,Thermal} NADC,Quantization​<<NADC,Thermal​ 低分辨率和高分辨率之间的转换通常发生在 16 位级别，小于 16 位的任何器件都被视为低分辨率，而大于 16 位的任何器件都被视为高分辨率。

下表中a 显示了ADS114S08（一种 16 位 delta-sigma ADC）的实际噪声表，而表b 显示了其 24 位对应物 ADS124S08 的噪声表。 除了分辨率之外，这些 ADC 是相同的。

在 16 位 ADS114S08 的噪声表中，无论数据速率如何，所有输入参考噪声电压都相同。将其与 24 位 ADS124S08 的输入参考噪声值进行比较，这些值都是不同的，并且会随着数据速率的降低而降低/提高。

虽然这本身并不能得出任何明确的结论，但使用公式来计算每个 ADC 的 LSB 大小，假设参考电压为 2.5V：

L S B A D S 114 S 08 = 2 × V R E F 2 N = 2 × 2.5 2 1 6 = 76.3 µ V LSB_{ADS114S08}=\frac {2×V_{REF}}{2^N} =\frac {2×2.5}{2^16}= 76.3 µV LSBADS114S08​=2N2×VREF​​=2162×2.5​=76.3µV

L S B A D S 124 S 08 = 2 × V R E F 2 N = 2 × 2.5 2 2 4 = 0.298 µ V LSB_{ADS124S08}=\frac {2×V_{REF}}{2^N} =\frac {2×2.5}{2^24}= 0.298µV LSBADS124S08​=2N2×VREF​​=2242×2.5​=0.298µV

结合这些观察结果，可以看到其数据表中报告的低分辨率（16 位）ADC 的噪声性能与其 LSB 大小（最大量化噪声）相当。 另一方面，高分辨率（24 位）ADC 数据表中报告的噪声明显远大于其 LSB 大小（量化噪声）。 在这种情况下，高分辨率 ADC 的量化噪声非常低，以至于它被热噪声有效地隐藏了。

下图定性地表示了这种比较：

对于量化噪声占主导地位的低分辨率 ADC，**可以使用较小的参考电压来减小 LSB 大小，从而降低量化噪声幅度。**这具有降低 ADC 总噪声的效果，如下图所示。

对于热噪声占主导地位的高分辨率 ADC，**使用更大的参考电压来增加 ADC 的输入范围（动态范围），同时确保量化噪声水平保持在热噪声以下。**假设没有其他系统发生变化，这个增加的参考电压可以实现更好的信噪比，如下图所示。

1. 噪音是所有电子系统固有的，无法彻底去消除。

2. 噪声通过所有信号链组件引入。

3. 有两种主要类型的 ADC 噪声：

   • 量化噪声，它与参考电压成比例。
   • 热噪声，对于给定的ADC，它是一个固定值。

4. 根据 ADC 的分辨率，一种类型的噪声通常占主导地位：

   • 高分辨率 ADC 特性：

     • 以热噪声为主

     • 分辨率通常>1 LSB。

     • 增加参考电压以增加动态范围。

   • 低分辨率ADC 特性：

     • 以量化噪声为主。
     • 分辨率通常受 LSB 大小的限制。
     • 降低参考电压以降低量化噪声并提高分辨率。