分辨率与ENOB —— 这么多年后依然没弄清楚(YUNSWJ重写）
分辨率与ENOB —— 这么多年后依然没弄清楚(YUNSWJ重写）
把我的Chrome浏览器清空的时候，发现打开过一个ADI的小文章，非常短：
我觉得这个文章接地气，仿佛看见了两个老朋友这样的现场对话，说实话我是喜欢老物件的，因为错过了前20年的电子世界，比如这个：
AD555
但是文章里面只言片语的，其实并没有说透，我决定重新写一下。
首先这段回忆以怀旧风格引出今天仍然有人对「分辨率」和「ENOB（有效位数）」之间的概念存在混淆。
问题引出：12位ADC却只有10.5 ENOB？
某客户指出：你们的ADC标称12位分辨率，但 ENOB 只有 10.5，看起来像是“虚标”。
客户质疑：你们是不是在夸大分辨率？
解释关键点：分辨率 ≠ ENOB
分辨率 (N) ：ADC输出码的理论最大精度，通常以bit表示，如12位表示个电平
ENOB ： 有效位数，实际在噪声影响下能用的“真实”bit数（这个就是最终工程师功力所在）
SNR 公式： → 理想SNR公式
反推 ENOB：这个就很简单了
ENOB 体现的是真实可用精度，受到噪声、非理想性、Jitter、失真等实际因素影响。
被忽略的线性度规范
作者强调：
我们并未违反规格
差分非线性（DNL）需小于1 LSB → 保证无丢码
积分非线性（INL）决定失真性能 → 更高分辨率有助于提升 SFDR（杂散动态范围）
简单说：我们保证 线性度和分辨率符合规范，但 ENOB 是一个 性能指标，而不是“规格虚标”。
最后提到25年前一款成功的12位ADC，速度只有10 MSPS（现今500 MSPS），ENOB也只有10.5。
强调：ENOB 一直是工程现实中的挑战，并不因年代或技术更替而消失。
一次三个因素不好研究，只能上热力图了：
ENOB 与线性度指标（DNL 和 INL）之间的关系热力图
横轴：最大 INL（积分非线性误差），单位为 LSB
纵轴：最大 DNL（差分非线性误差），单位为 LSB
颜色：ENOB（有效位数）
PS：这个坐标的顺序有些问题，总之就是两个恶化的指标会让ENOB这个值也恶化
DNL≈0，INL≈0：理想 ADC 情况，ENOB 接近理论最大值（12 位）。说明无误差时，性能最佳。
DNL 增加（垂直方向）：
当 DNL 接近或超过 1 LSB，出现“跳码”风险；ENOB 开始下降，尤其是在 >1 LSB 区域表现更显著。
INL 增加（水平方向）：
会导致整体失真（非线性弯曲），即使 DNL 小也会拉低 ENOB；ENOB 随 INL 增大而逐步降低。
高 INL + 高 DNL）：最差情况，ENOB 可降至 8 位以下。
我们在研究一下
DNL 的定义
DNL（Differential Nonlinearity）差分非线性误差定义为：
其中：
：第 个码的转换阈值
Ideal LSB：满量程对应的理想最小电压步长
单位是“LSB”
以1V为Vfs的情况算一个LSB
image-20250731191721580
所以同样是 "1 LSB" 的 DNL，对不同分辨率的 ADC，其实际电压误差是不同量级的。
我愿意叫横向台阶
当所有码的 DNL < 1 LSB，意味着：所有量化码宽大致一致；不会出现“丢码”（Missing Code）。
对于逐次逼近型（SAR）ADC，DNL 是结构精度关键指标
使用这个如何理解？
参数 | 含义 |
|---|---|
±0.4 LSB typical | 通常情况下，INL 在 ±0.4 LSB 范围内（非常优异） |
±1.5 LSB max | 最差情况下，INL 不会超过 ±1.5 LSB |
±23 ppm of FSR | 表示 ±1.5 LSB ≈ 满量程的 23 ppm（百万分率，等价于 0.0023%） |
16 位 ADC、VFS=5V 为例：
分辨率：16位 ⇒ 个码
1 LSB =
±1.5 LSB ≈ ±114.5 μV
23 ppm × 5 V = 115 μV（与 ±1.5 LSB 匹配）→ 即，INL 最大误差对应的实际电压误差为 ±115 μV（在 5V 满量程下）。
不明显，明显一点
误差曲线（差值）
显示“实际输出 - 理想输出”的误差电压；峰值误差为 ±115 μV，刚好对应 ±1.5 LSB（在 16bit + 5V 满量程下）
对于Σ-Δ ADC，数字滤波器结构常使得 DNL 非常优越，甚至接近 0：
这个是AD7771的SD ADC
8个通道之间也不能完全一致
我们日常开发是面对的几个不同的电压，这里就算一下LSB是多少：
在一个图里面
在不同满量程电压（VFS）下，ADC 分辨率从 8 位到 32 位 时，1 LSB 的实际电压大小（μV）如何随位数指数级下降的变化趋势。
随着分辨率增加，每提升1位，1 LSB 缩小一半（对数下降）
看两个高位ADC；24位 ADC 在 ±1V 下，1 LSB ≈ 119 nV（极为敏感，对噪声、漂移、电容耦合极其敏感）；32位 ADC 下，1 LSB 在 pV 量级，此时系统热噪声、参考漂移、电荷注入都会严重影响精度。
我们可以看更好的表格，直接查，但是没有单位
加入单位
腾讯云开发者
