当我们在说 ADC 24bit 的时候究竟在聊什么？

想问问各位，如果我问“24-bit ADC 的含义是什么？”你可以说的明白吗？回顾这一年也推荐了不少高级的 ADC，但是落实在基础的问题是反而是有些卡壳的。今日文章就是把它吃透。

适合低频微弱测量32bit ADC-领慧LHA7532B

来自先积半导体的的32bit ADC-LTD2283

最狭义、也是最容易被误解的定义

定义 1（教科书）

24-bit ADC 的字面含义是：

ADC 的数字输出码字宽度是 24 bit

也就是说，输出范围是：

一共 16,777,216 个码

这个定义 只描述“编码能力”，不描述精度、噪声、线性度、可用分辨率。

LSB 的数学含义（“24-bit”第一次被量化）

物理世界的现实：LSB ≠ 可分辨电压

这是关键分水岭。

现实中的 ADC 一定有噪声

包括：前端热噪声，比较器/调制器噪声，参考噪声，数字抖动、时钟抖动，地噪声、布局噪声。

如果 ADC 的输入等效噪声 rms为 ， 那么：

ENOB：工程上真正有意义的“bit 数”

定义 2（工程定义）

ENOB（Effective Number of Bits）：

在给定带宽、给定条件下，ADC 实际可用的“等效分辨率”

数学关系（以 SNR 为基础）：

举一个例子

为什么 24-bit ADC 仍然有意义？

既然 ENOB 只有 18–20 bit，那“24-bit”是不是营销？

那必然不是！！！

24-bit = 极低量化噪声

从 AD7771 看Σ-Δ如何把量化噪音“搬走”

Σ-Δ ADC 可以设计为噪底由热噪声决定，而不受量化噪声限制

量化噪声功率：

当ADC 位数很大时量化噪声远低于模拟噪声，系统噪声由物理噪声决定，而不是编码决定， 这正是高端 Σ-Δ ADC 的目标。

24-bit 给了我们“平均与滤波的空间”

特别是 Σ-Δ ADC有过采样，数字滤波（sinc3 / sinc5 / FIR）或是长时间平均。这些操作不会减少编码位宽，但可以显著压低 带内噪声

于是在低带宽下：可能看到 20–22 bit ENOB，但如果 ADC 只有 16 bit，根本没有这个空间

24-bit 在不同领域的真实含义

在 SAR ADC 世界，24-bit SAR 几乎不存在（物理极限），18 bit 已非常困难。（目前 ADI 有些 ADC 是 SAR 高精度的）

在 Σ-Δ ADC 世界“24-bit”几乎等同于：“量化噪声已经不是主导项”，但前提是带宽低，滤波充分；参考、前端、布局都配得上

回到一个具体的ADC：AD7771

AD7771 是 24-bit Σ-Δ ADC，内部参考 0.1–10 Hz 噪声 ≈ 6.8 µV rms而 24-bit 的 LSB ≈ 0.3 µV。所以：低频下永远看不到“24 位稳定”但是可以通过外部参考、滤波、平均把 ENOB 从 18 → 19 → 20+ bit 加上去

后记

“24-bit ADC 并不是说能分辨 2²⁴ 个电压，而是说：在合理条件下，量化噪声已经不是系统的主要限制因素。”