本章節將針對各種評定類比數位轉換器效能之參數做說明，包含屬於靜態參 數（Static Parameters）的：解析度（Resolution）、差分非線性誤差（Differential Non-Linearity，DNL）、累積非線性誤差（Integral Non-Linearity，INL）；以及動態 參數（Dynamic Parameters）的：訊號對雜訊比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）、訊 號對雜訊及失真比（Signal-to-Noise and Distortion Ratio，SNDR）、有效位元數
（Effective Number of Bits，ENOB）、無假訊號動態範圍（Spurious-Free Dynamic Range，SFDR）。
2.1.1 Resolution
解析度（Resolution），一個 N-bit 解析度的類比數位轉換器代表的是其可輸入 訊號範圍Vref能夠分成2N個數位位準（Level）來表示，因此我們定義類比轉數位 訊號的一個最小步階（Least Significant Bit，LSB）為 1 N
2 ，在此須特別注意到 LSB 的表示方式為正規化（Normalized）後的結果所以是沒有單位的，而相鄰數位位準 所對應之類比訊號的電壓差為VLSB（式 2.1），單位則為伏特（Voltage）。
ref LSB N
V V
= 2 （2.1）
2.1.2 Differential Non-Linearity (DNL)
差分非線性誤差（Differential Non-Linearity，DNL），一個理想的類比數位轉
換器相鄰數位位準所對應之類比訊號的電壓差應該都要相同，但實際上卻不是這
Analog Input (Vref)
0.5 VLSB
1 VLSB
1.5 VLSB
2 VLSB
0.5 VLSB
ideal transfer curve actual
transfer curve
圖 2-1 ADC 轉移曲線示意圖
圖 2-2 ADC 之差分非線性誤差(DNL)示意圖
2.1.3 Integral Non-Linearity (INL)
累積非線性誤差（Integral Non-Linearity，INL），顯示的是實際類比數位轉換 器轉移曲線與理想轉移曲線間的誤差資訊，即每個數位位準所對應之類比訊號電
000 001 Code
010 011 100 101 110 111
INL
2.1.4 Signal-to-Noise Ratio (SNR)
訊號對雜訊比（Signal-to-Noise Ratio，SNR），代表的是訊號功率與雜訊（Noise）
功率之比值，通常以分貝（decibel，dB）來表示如（式 2.5），雜訊除了電路本身 及環境所產生之外還包含有：量化雜訊（Quantization Noise）、熱雜訊（Thermal
Noise）、閃爍雜訊（Flicker Noise）...等，但計算 SNR 時雜訊並不包含訊號各倍頻 上的諧波失真（Harmonic Distortion）。
( )
Noise）的特性，在 VLSB
± 2 間為一均勻分布的隨機變數（Uniform Distribution Random Variable），其機率密度函數（Probability Density Function） fQ
( )
x 如圖 2-4 所示。同樣我們也可以計算當輸入訊號為一弦波且峰對峰值（Peak-to-Peak）為Vref 時
其均方根值為 Vref
2 2，因此由上述分析可以知道一個理想 N-bit 的類比數位轉換器當 輸入訊號為弦波且輸入範圍為Vref時，可得到最大 SNR 值如（式 2.8）。
2
signal in ,rms
max 10 10
noise Q ,rms
P V
2.1.5 Signal-to-Noise and Distortion Ratio (SNDR)
訊號對雜訊及失真比（Signal-to-Noise and Distortion Ratio，SNDR）更嚴格的 定義了訊號和雜訊功率比的關係，因為其雜訊還要加上訊號各倍頻上的諧波失
2.1.6 Effective Number of Bits (ENOB)
有效位元數（Effective Number of Bits，ENOB）可以反映出類比數位轉換器實 際具有多少有效位元的解析度，我們知道當輸入一弦波訊號時類比數位轉換器可
2.1.7 Spurious-Free Dynamic Range (SFDR)
無假訊號動態範圍（Spurious-Free Dynamic Range，SFDR）定義為訊號對最大 的假訊號（Spurious）功率之比值，通常以 dBc（in dB with respect to carrier）來表 示如（式 2.11），假訊號指的是頻譜（Power Spectrum）上除了訊號外帶有高功率 的突刺，造成突刺的原因很多可能是電路本身的問題亦有可能是環境因素而產
Power Spectral Density (dBFS/bin)
Power Spectrum
圖 2-5 假雜訊頻譜示意圖
( )
Total volume: 1 c.c Have 16 scales Accurate at 1/16 c.c
How to measure to achieve accurate at 1/16
c.c or more?
Total volume: 1 c.c Have 4 scales Accurate at 1/4 c.c
(11/16 c.c) 2 scales