分辨率 vs 噪聲 —— ADC 的挑戰

設計者常用高分辨率 ADC 以降低最低可量測單位（LSB），提高檢測精度。

比如一個 16 位 ADC 在 5V 范圍內，LSB ≈ 76 μV；理想情況下可以檢測到微弱電信號。

問題是：

若信號上的噪聲幅度 > LSB，則 LSB 分辨的不是“信號”，而是“噪聲”！

如果系統本底噪聲是 100 μV，那么這個 76 μV LSB 就毫無意義；此時所謂“高分辨率”變成了“偽分辨率”或“無效分辨率”。

目標：噪聲 ≤ ? LSB，才有意義地體現 ADC 分辨率 理論原則：

噪聲必須低于 LSB 的一半（0.5 × LSB），系統才具備該分辨率的“有效位數”。

若超過這個限制，ADC 分辨的就是“噪聲波動”，而非真實信號變化。

原文授權自：云深之無跡

舉例計算：

假設用一個 16-bit ADC，量程 0–5V：LSB = 5?V / 21? ≈ 76.3?μV

那么你必須將系統總噪聲控制在 ≤ 38?μV（即 0.5 × LSB）。否則，這個 ADC 實際能體現的分辨率就低于 16 bit。

噪聲 vs ENOB（有效位數）

系統噪聲越大，ADC 實際有效位數（ENOB）越低，近似公式如下（注意，是近似）：

噪 聲

即便你用的是 18-bit ADC，如果噪聲高，那你得到的 ENOB 可能還不到 12 位。

建議噪聲控制目標（經驗值）：

ADC 分辨率

理想 LSB (5V量程)

建議系統總噪聲上限（RMS）

12 bit

≈ 1.22?mV

< 600?μV

14 bit

≈ 305?μV

< 150?μV

16 bit

≈ 76?μV

< 38?μV

18 bit

≈ 19?μV

< 9?μV

20 bit

≈ 4.8?μV

< 2.4?μV

注：這里的“系統總噪聲”包括：傳感器噪聲、放大器噪聲、電源噪聲、ADC內部噪聲。

若你無法將系統噪聲控制到圖中的推薦值以下，就不建議使用對應的高位數 ADC，因為你得不到真正的有效分辨率。

在設計高分辨率采集系統時，必須同步控制噪聲：這包括傳感器前端、放大器、電源、PCB布局和濾波。

原文授權自：云深之無跡