电路设计漫谈之- Accuracy/Precision 和数模系统的参数选择

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(信息来源：EETOP论坛，作者：sun_ic)
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Accuracy/Precision 和数模系统的参数选择
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  D) ?) O3 {5 a精度是什么？
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) A$ z" _- L9 c, Z* C5 b, q6 w, @% j8 C* b精度-一个最常用也最容易被模糊的概念。我们衡量一个测试量与实际理想值的误差时，需要两个量来表述 accuracy 和 precision. 前者一般称为精度，后者最好叫做可重复性。下边的图是从Bonnie Baker的一篇文章转来的。感觉它很直观的解释了accuracy和precision的区别。
一个测量系统可以是 1）精度高但是不具备重复性 2）具备重复性但精度不高 3）两者都高
* R0 J6 N8 l: f8 a& }* E2 V& P4）两者都低.



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( a  V# L5 g  q+ |8 iAccuracy实际是测量中一个平均过程的概念。一般是衡量多次测量后的平均值接近理想值的程度。所以它隐含的是测试的DC量纲。在A/D转换系统中，datasheet中的以下参量是一个DC的概念：Offset, gain error, INL, DNL等。他们衡量了做直流参量测量时的误差水平。
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Precision是指在同样测试条件下，测试结果的一致性（注意，此时可能每次测量的值偏离实际一个固定值，但不影响得到高的precision）。同样的A/D系统中，以下参量是一个AC的概念：Dynamic Range, SNR, TDH等。他们衡量了做非直流参量测量时的误差水平。
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1 |" X! N' ?, B4 i" {# k知道了以上概念的区别，在实际选择器件时就会有所侧重。比如在做直流测量时，你主要关注datasheet中那些跟DC有关的参数。交流的参数就可以次之考虑（跟测量的重复平均次数有关系）。当做无线/图像等AC信号的测量和转换时，则需主要关注SNR等指标。
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2 t+ ]( y" E" T0 cA/D转化器到底有多少bit可用？

" C/ A/ J4 |: H  @好多人在选用A/D转换器时，只是看标称的bit数，然后根据这个值来计算测量误差。比如一个A/D标称10bits输入5V，会得出其测试误差好于5V*(1/1024) =5mV的结论。错了。

A/D转换器的精度受以下两个参数影响INL和ENOB。

INL是直流测量时要主要考虑的参数。一般ADC的其它直流测量误差诸如offset，gain error等可以通过校准而削掉。这时INL成了影响测试的主要误差来源。比如一个10bit的ADC，INL=1.5bit，那么这个ADC的实际可得到的最好精度是 5V*(2^8.5)= 13.8mV。
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1 v' z7 s$ i  h1 RENOB(有效bit数)是非DC信号模数转换或交流测试时一个A/D的有效bit数。它主要跟SNR有关。用ADC来做AC测量，比如在无线信号处理，图像数字化处理等应用场合，你应该知道这个著名的公式

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0 s* Q- i+ _" g1 d- O+ Z2 _ENOB = 6.02SNR +1.76

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/ [$ v1 [( q- t& Z7 m$ F  q其中的SNR更精确的说应该是SINAD（SNR & THD：信噪比和总谐波失真)。上边公式也隐含了如果系统的SNR变差，则总的测量precision也会变差。所以就有了对连接ADC的前置放大器SNR的要求。
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一言以蔽之：对于一个ADC的datasheet，若干的技术指标中最重要的就是这俩 INL 和 ENOB（或者SINAD)。带宽动态范围等指标是显然的，比较不容易模糊。
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给定了一个设计要求的accuracy/precision，还需要一个被测信号的SNR，一般就能选择整个数模转换系统各个电路段中器件的技术指标了：A/D的INL或者ENOB，放大器的SNR要求，等等。Analog Device有个webinar给出了一个系统的设计分析步骤。有兴趣的可以去网站找一下看看。但本人感觉其中还是有缺陷，发了个email去跟对方争鸣，也没见回音:-) 俺自己搞了个流程，有人有兴趣的话可以讨论一下。
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# b! h2 k! N5 E4 v. v好了，以上说了这么半天，都是些常规的知识。俺在研究这些东西时始终有个疑问：如果被采样转换的信号是在DC上叠加了一个AC信号，那么到底时用INL还是ENOB？这个问题就本人所见没个明确的说法。TI曾经有次网络上的open LAB，他们的技术支持，设计工程师在网上分时段回答讨论各种问题。俺就把这个提出来询问。不同部门人的回答跟上边描述的差不多：DC用INL等。AC用ENOB。但追问DC＋AC怎样对待，则没人出声。上边提到的baker在一篇文章中提起过总的误差要做DC和AC误差的均方根处理。也没说应用在什么情况。这一说法俺感觉有明显的漏洞。A／D转换系统的误差主要来源于噪声和非线性。非线性可以引起INL和THD，噪声可以引起DNL和SNR。所以DC的误差和AC的误差是相关的，不能简单的用均方根来处理。好在大多数问题要末是测量直流的accuracy（RMS, level......) 要末是要求AC信号的precision (radio, video ......)。至于这个DC＋AC的问题，那位DX有研究过请指教则个
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6 t4 L: Q! l; _6 q3 b以前的漫谈1-12在这里
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（待续）