Número efectivo de bits

Una métrica de rango dinámico para sistemas digitales

El número efectivo de bits ( ENOB ) es una medida del rango dinámico de un convertidor analógico a digital (ADC), un convertidor digital a analógico o sus circuitos asociados. La resolución de un ADC se especifica por el número de bits utilizados para representar el valor analógico. Idealmente, un ADC de 12 bits tendrá un número efectivo de bits de casi 12. Sin embargo, las señales reales tienen ruido y los circuitos reales son imperfectos e introducen ruido y distorsión adicionales . Esas imperfecciones reducen el número de bits de precisión en el ADC. El ENOB describe la resolución efectiva del sistema en bits. Un ADC puede tener una resolución de 12 bits, pero el número efectivo de bits, cuando se utiliza en un sistema, puede ser 9,5.

El ENOB también se utiliza como medida de calidad para otros bloques, como los amplificadores de muestreo y retención . Por lo tanto, los bloques analógicos pueden incluirse en los cálculos de la cadena de señales. El ENOB total de una cadena de bloques suele ser menor que el ENOB del peor bloque.

La banda de frecuencia de un convertidor de señal en la que ENOB aún está garantizada se denomina ancho de banda de resolución efectiva y está limitada por problemas de cuantificación dinámica . Por ejemplo, un ADC tiene cierta incertidumbre de apertura. El instante en el que un ADC real toma una muestra de su entrada varía de una muestra a otra. Debido a que la señal de entrada cambia, esa variación de tiempo se traduce en una variación de salida. Por ejemplo, un ADC puede muestrear con 1 ns de retraso. Si la señal de entrada es una onda sinusoidal de 1 V a 1.000.000 radianes/segundo (aproximadamente 160 kHz), el voltaje de entrada puede cambiar hasta en 1 MV/s. Un error de tiempo de muestreo de 1 ns causaría un error de muestreo de aproximadamente 1 mV (un error en el décimo bit). Si la frecuencia fuera 100 veces más rápida (aproximadamente 16 MHz), entonces el error máximo sería 100 veces mayor: aproximadamente 100 mV en una señal de 1 V (un error en el tercer o cuarto bit). ^{[ especificar ]}

Definición

Una definición frecuentemente utilizada para ENOB es ^[1]

${\displaystyle \mathrm {ENOB} ={\frac {\mathrm {SINAD} -1.76}{6.02}},}$

dónde

• ENOB se da en bits
• SINAD (señal, ruido y distorsión) es una relación de potencia que indica la calidad de la señal en dB.
• El término 6.02 en el divisor convierte decibeles (una representación de log ₁₀ ) en bits (una representación de log ₂ ), ^{[nota 1]}
• El término 1,76 proviene del error de cuantificación en un ADC ideal. ^[3]

Esta definición compara la SINAD de un ADC o DAC ideal con una longitud de palabra de bits ENOB con la SINAD del ADC o DAC que se está probando.

Notas

1. . ${\displaystyle 6.02\approx 20\log _{10}2}$

Referencias

1. Kester 2009, pág. 5, Ecuación 1.
2. Ec. 2,8 en Geerts, Yves; Steyaert, Michiel; Sansen, Willy MC (2002). Diseño de convertidores A/D delta-sigma multibit . Saltador. ISBN 9781402070785.
3. . ^[2] ${\displaystyle 1.76\approx 10\log _{10}(3/2)}$

• Gielen, Georges (2006). Bloques de construcción analógicos para procesamiento de señales . Lovaina: KULeuven-ESAT-MICAS.
• Kester, Walt (2009), Comprenda SINAD, ENOB, SNR, THD, THD + N y SFDR para no perderse en el piso de ruido (PDF) , Tutorial, Analog Devices, MT-003
• Maxim (17 de diciembre de 2001), Glosario de términos de convertidores de datos de alta velocidad de uso frecuente, Nota de aplicación, Maxim, 740

Enlaces externos

• Videotutorial sobre ENOB de Texas Instruments
• El número efectivo de bits (ENOB) (PDF) Abril de 2011 Rohde & Schwarz - Esta nota de aplicación explica cómo medir el ENOB del osciloscopio.