如何计算NI Scope板卡的SINAD, ENOB等参数-Part1



硬件: Modular Instruments>>High-Speed Digitizers (Scopes)>>PXIe-5162

问题: 在实际应用中,我们经常会遇到客户对NI板卡参数的怀疑,甚至有时我们也不是很确定NI的板卡是否真能做到SPEC上所描述的极限。针对Scope板卡,官网给出的硬件手册并没有给出这些参数的计算方法,有时参数也是不全的。本文档主要介绍如何计算NI Scope板卡的常用参数,并以51625761为例,给出计算过程和结果

解答:
这篇文档将分为两部分:
Part 1:了解SINAD、ENOB、SNR、THD、THD + N、SFDR1
Part 2:测试结果
1. 了解SINAD、ENOB、SNR、THD、THD + N、SFDR1
首先来介绍一下这几个英文缩写的含义。标题中提到的六个参数是用于定量表示ADC动态性能的常用指标,分别是:
SINAD(Signal to Noise and Distortion Ratio )——信纳比;指信号和噪声的比值,表明了电路引入的噪声大小。其值越大,说明电路引入噪声小,信号的动态范围就越大,精度就越高。
ENOB(Effective Number of Bits)——有效位数;表示模/数转换器(ADC)性能的指标,其值与测试频率及信噪比有关。
SNR(Signal Noise Ratio) ——信噪比;即放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声电压的比,常常用分贝数表示。设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。一般来说,信噪比越大,说明混在信号里的噪声越小,声音回放的音质量越高,否则相反。
THD(Total Harmonic Distortion)——总谐波失真;输出信号比输入信号多出的谐波成分。谐波失真是系统不是完全线性造成的。所有附加谐波电平之和称为总谐波失真。总谐波失真与频率有关。
THD + N(Total Harmonic Distortion +Noise)——总谐波失真加噪声;THD原信号的谐波失真 — 与信号有关。噪声则是随机、非相干失真。
SFDR(Spurious Free Dynamic range ) ——无杂散动态范围;用于A/D转换器和D/A转换器(ADC和DAC)的指标。 ADC中,无杂散动态范围(SFDR)指载波频率(最大信号成分)的RMS幅度与次最大噪声成分或谐波失真成分的RMS值之比,SFDR通常以dBc (相对于载波频率幅度)或dBFS (相对于ADC的满量程范围)表示。DAC中,无杂散动态范围(SFDR)指载波频率(最大信号成分)的RMS幅度与次最大失真成分的RMS值之比,SFDR通常以dBc (相对于载波频率幅度)或dBFS (相对于DAC的满量程范围)表示。具体取决于测量条件,SFDR在预先定义的窗口或奈奎斯特频率内观测。
2. 几个参数的计算公式
 
注意,上式是假设使用满量程输入信号。如果信号电平降低,则SINAD的值减小,ENOB也会减小。对于较低的信号幅度,在计算ENOB时有必要增加一个校正系数,如下式所示:

其中: SINAD为信纳比;
Fullscale Amplitude为全量程峰峰值
Input Amplitude为测量得到的波形峰峰值
另外给出其他几个参数的计算公式:
以上三个公式是SNR、SINAD与THD之间的转换公式,可以已知其中两个来计算另外一个。需要注意的是,本文档中只测试了SINAD和ENOB两个参与,但THD已经在程序中列出,其他参数并未测试,但可根据以上公式进行推算。
3. PXIe-5162 ENOB等性能参数验证
图1为PXIe-5162的specification中列举的5162的有效ADC位数

图1 PXIe-5162 ENOB

注:

测试条件为:-1 dBFS input signal corrected to FS. Includes the second through the fifth harmonics. 7.2 kHz resolution bandwidth.

其中:

-1 dBFS input signal corrected to FS指的就是公式中的补偿项 。在计算SINAD时要包含25次谐波。其分别率带宽为7.2KHz

使用PXIe-5162测试公式的正确性。使用范例niScope EX Configured Acqusition.vi进行测试,并在程序中加入SINAD计算和ENOB计算的算法,见图2.1



相关链接:

NI 5761R User Guide and Specificationshttp://www.ni.com/pdf/manuals/375509a.pdf



附件:





报告日期: 02/26/2017
最近更新: 01/02/2018
文档编号: 7IPJK22I