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SNR(Spurious‑Free Dynamic Range 信噪比)
ENOB(Effective Number Of Bits 有效位)
SFDR(Spurious‑Free Dynamic Range)
感觉SNR和SFDR差不多?看看下图
输入带宽
混叠
带通采样/欠采样
SNR(Spurious‑Free Dynamic Range 信噪比)
定义:理想情况下,当 ADC 把一个正弦波转换成数字信号时,除了基波之外,其他的“杂音”主要来自量化噪声(quantization noise)。SNR 就是基波信号功率和量化噪声功率之比(通常用 dB 表示)。
手册上的SNR通常是用一个中等幅度的纯正弦波比如 10 MHz、30 MHz、70 MHz,用满量程的 0.5 dBFS(接近最大不失真输入)信号,用固定的采样率如100MSPS,计算出来的信噪比
意义:SNR 越高,说明量化噪声越小,转换出来的波形越“纯净”。
ENOB(Effective Number Of Bits 有效位)
定义:把实际测得的 SNR 换算成“等效”的理想分辨率。它表示:如果一个理想的 ADC 有 N 位,那它才能达到你这个 ADC 实测的 SNR。
意义:虽然器件标称是 8 bit,但由于非线性、失真、电路噪声等原因,真正“有效”能用到的可能只有 7.5 bit、7.2 bit 甚至更低。ENOB 就是量化这个差距。
SFDR(Spurious‑Free Dynamic Range)
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定义:在一个输入频率的正弦波下,把它转换后的频谱里,除了基波那一条峰之外,找出“最高的杂散峰”(spurious tone)。SFDR 就是基波峰与该最大杂散峰之间的功率差(dBc)。
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意义:SFDR 越大,说明 ADC 的非线性失真(产生谐波、互调等杂散信号)越小。对于雷达、通信接收机等对小信号的“干净度”要求高的场景,SFDR 是比 SNR 更敏感、更重要的指标。
感觉SNR和SFDR差不多?看看下图
项目 | SNR | SFDR |
---|---|---|
主要干扰 | 随机噪声(量化噪声、电源、热噪声等) | 非随机干扰(谐波、杂散、非线性) |
是否平均 | 是,取整段能量平均 | 否,只取最大一个副峰 |
单位 | dB | dBc(相对于载波) |
应用关注 | 音频、测量、精度场景 | 通信、无线、电磁兼容等频谱敏感场景 |
如果做 高精度测量 关注 SNR
如果做 通信/雷达/频谱分析 关注 SFDR
三个对比:
指标 | 衡量对象 | 单位 | 越大/越小越好 |
---|---|---|---|
SNR | 有用信号 vs 量化噪声 | dB | 越大越好 |
ENOB | 等效分辨率(bit) | bit | 越大越好 |
SFDR | 基波 vs 最大杂散峰 | dBc | 越大越好 |
输入带宽
一个真实的高频模拟信号在进入 ADC 的“模拟输入电路”时,会被衰减,而输入带宽一般指的是在输入信号达到某个频率之后被衰减-3dB的点,这个频率就是输入带宽
这个衰减不是数字处理造成的,而是ADC 模拟前端电路(开关、采样电容、抗混叠滤波器)造成的模拟信号幅度损耗。
“-3 dB” 指的是输入信号的电压幅度下降到原来的约 70.7%(≈1/√2),对应的功率下降了一半(因为功率 ∝ 电压²)。
如下图,输入带宽为300Mhz
混叠
高频信号在低采样率下“看起来像”低频信号
当你用一个采样频率 fsf_sfs 去采一个模拟信号时:
如果信号频率超过了 fs2\frac{f_s}{2}2fs,它的频谱会“折叠”回来,混叠到低频部分,你就看不清它原来的频率了。
这是奈奎斯特采样定理的核心:
带通采样/欠采样
如果你知道你的信号在某个高频带(比如 150–160 MHz),你可以故意用低采样率去“折叠”这个频段下来采样。
注意:ADC 的输入带宽需要够大,能让这个高频信号进来