ABCs of ADCs  - Rev 3, June 2006
Authored by:  Nicholas “Nick” Gray
Copyright  2003, 2004, 2006 National Semiconductor 
Corporation
All rights reserved
21
Signal-to-Noise And Distortion (SINAD) or Signal-to-Noise and Distortion Ratio (SNDR), or 
Signal-to-Noise Plus Distortion (S/N+D), is a combination of the SNR and the THD 
specifications. It is defined as the RMS value of the output signal to the RMS value of all of the 
other spectral components below half the clock frequency, including harmonics but excluding 
dc, and can be calculated from SNR and THD according to either of the the formula here. 
Because it compares all undesired frequency components with the input frequency, it is an 
overall measure of ADC dynamic performance.
Since SINAD incorporates both SNR and THD with equal weighting, SINAD might appear to 
be maximum when SNR and –THD are equal to each other. However, modern ADCs exhibit 
such low distortion that SNR never approaches –THD very closely and SINAD tends to be 
maximum at or very near a full-scale input, assuming the system response is adequate.
21
Signal-to-Noise and Distortion 
(SINAD)
SINAD = -20 * Log
10
-
SNR
10
  10
THD
10
SINAD = 10 * Log
10
-SNR
10
 10
THD
10
1
1
Convert pdf to word searchable text - control application platform:C# PDF Convert to Text SDK: Convert PDF to txt files in C#.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF application
C# PDF to Text (TXT) Converting Library to Convert PDF to Text
www.rasteredge.com
Convert pdf to word searchable text - control application platform:VB.NET PDF Convert to Text SDK: Convert PDF to txt files in vb.net, ASP.NET MVC, WinForms, WPF application
VB.NET Guide and Sample Codes to Convert PDF to Text in .NET Project
www.rasteredge.com
ABCs of ADCs  - Rev 3, June 2006
Authored by:  Nicholas “Nick” Gray
Copyright  2003, 2004, 2006 National Semiconductor 
Corporation
All rights reserved
22
22
Actual Case
• THD Much better than SNR so SINAD tracks SNR
• SINAD (and ENOB) maximum at Full Scale
DYNAMIC PERFORMANCE vs INPUT LEVEL 
(General Case Actual)
0
20
40
60
80
100
-80
-60
-40
-20
0
INPUT LEVEL (dBFS)
PERFORMANCE (dB)
SNR
THD
SINAD
The THD performance of today’s ADCs is so good that it does not change much (if any at all) 
with input level, so SINAD is dominated by SNR, which is not as good as THD, resulting in a 
SINAD that closely tracts SNR.
control application platform:VB.NET PDF Convert to Word SDK: Convert PDF to Word library in vb.
Convert PDF to Word in both .NET WinForms and ASP.NET webpage. Create high quality Word documents from both scanned PDF and searchable PDF files without losing
www.rasteredge.com
control application platform:C# HTML5 Viewer: Load, View, Convert, Annotate and Edit Word
C# users can convert Convert Microsoft Office Word to searchable PDF online, create multi Word text is searchable when users use Word text search
www.rasteredge.com
ABCs of ADCs  - Rev 3, June 2006
Authored by:  Nicholas “Nick” Gray
Copyright  2003, 2004, 2006 National Semiconductor 
Corporation
All rights reserved
23
Effective Bits (also called Effective Number Of Bits, or ENOB) is a specification that helps to 
quantify dynamic performance. ENOB says that the converter performs as if it were a 
theoretically perfect converter with a resolution of ENOB. That is, an ENOB of 7.5 bits says 
that converter performs, as far as SINAD is concerned, as if it were an ideal 7.5-Bit ADC.
The ideal (perfect) ADC has absolutely no distortion and the only noise it exhibits is 
quantization noise, so SNR then equals SINAD. Since we know that SINAD for an ideal A/D 
converter is (6.02n + 1.76) dB, we can substitute “ENOB” for “n” and calculate:
SINAD - 1.76
ENOB    =
6.02 
where SINAD is expressed in dB.
So, the number of effective bits is another method of specifying SINAD. It says that the 
converter is equivalent to a perfect ADC of this (ENOB) number of bits.
ENOB degrades as frequency in
creases and as input level de
creases for the same reasons 
that THD and SNR degrade with frequency increase and improves as input level increases. 
Remember, ENOB comes from SINAD, which comes from THD and SNR.
23
ENOB - Effective Number Of 
Bits
ENOB says that the ADC is equivalent to 
this (ENOB) number of bits as far as 
SINAD is concerned. That is, a converter 
with an ENOB of 7.0 has the same SINAD 
as a theoretically perfect 7-bit converter. 
ENOB = 
SINAD - 1.76
6.02 
control application platform:VB.NET Create PDF from Word Library to convert docx, doc to PDF in
Easy to create searchable and scanned PDF files from Word. Convert Word to PDF file with embedded fonts or without original fonts fast.
www.rasteredge.com
control application platform:VB.NET Image: Robust OCR Recognition SDK for VB.NET, .NET Image
and more companies are trying to convert printed business you are executing character and word recognition. Texts will be outputted as searchable PDF, PDF/A,TXT
www.rasteredge.com
ABCs of ADCs  - Rev 3, June 2006
Authored by:  Nicholas “Nick” Gray
Copyright  2003, 2004, 2006 National Semiconductor 
Corporation
All rights reserved
24
Spurious Free Dynamic Range
(SFDR) is the difference between the value of the desired 
output signal and the value of the highest amplitude output frequency that is not present in the 
input, expressed in dB. Some ADC suppliers ignore harmonics when specifying SFDR, but this 
practice is valid only if those harmonics were present at the ADC input.
Because SFDR is expressed in dB below
the fundamental, it is sometimes expressed in 
negative dB. However, since it is a range, it should be expressed in positive dB.
24
SFDR - Spurious Free 
Dynamic Range
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
65dB SFDR
Signal
Highest “Spur”
control application platform:C# Create PDF Library SDK to convert PDF from other file formats
Best C#.NET component to create searchable PDF document from Microsoft Office Word, Excel and PowerPoint. Create writable PDF from text (.txt) file.
www.rasteredge.com
control application platform:C# Create PDF from Word Library to convert docx, doc to PDF in C#.
Easy to create searchable and scanned PDF files from Word. Convert to PDF with embedded fonts or without original fonts fast.
www.rasteredge.com
ABCs of ADCs  - Rev 3, June 2006
Authored by:  Nicholas “Nick” Gray
Copyright  2003, 2004, 2006 National Semiconductor 
Corporation
All rights reserved
25
Input Dynamic Range
(sometimes just called Dynamic Range) is the ratio of the largest to the 
smallest signal that can be resolved. The largest output code, of course, is 2n -1 and the 
smallest output code, greater than 0, is 1. Dynamic range in dB, then, is
20 * Log( (2n -1)/1)  =  20 * Log(2n -1).  
Input Dynamic Range
and Spurious Free Dynamic Range
(SFDR) should not be confused with 
each other.
25
Input Dynamic Range
Dynamic Range is the ratio of the largest to the smallest 
possible signals that can be resolved. DO NOT  confuse 
with Spurious Free Dynamic Range (SFDR)
.
Resolution (Bits)
Dynamic Range (dB)
6  
36.0
8  
48.1
10  
60.2
12  
72.2
14  
84.3
16  
96.3
18  
108.4
20  
120.4
Dynamic Range = 20 
*
Log(2
n
-1)
NCG 9/99
control application platform:VB.NET PDF Convert to HTML SDK: Convert PDF to html files in vb.
Why do we need to convert PDF document to HTML webpage One is that compared with HTML file, PDF file (a not be easily edited), is less searchable for search
www.rasteredge.com
control application platform:C# PDF Convert to HTML SDK: Convert PDF to html files in C#.net
library also makes PDF document visible and searchable on the Internet by converting PDF document file to Use C#.NET Demo Code to Convert PDF Document to
www.rasteredge.com
ABCs of ADCs  - Rev 3, June 2006
Authored by:  Nicholas “Nick” Gray
Copyright  2003, 2004, 2006 National Semiconductor 
Corporation
All rights reserved
26
Any complex signal contains components at several frequencies simultaneously. Non-linearity 
in the converter’s transfer function will not only cause distortion of a pure tone; it will also 
cause two or more signal frequencies to interact with each other to produce intermodulation 
products. When this happens, the result is called Intermodulation Distortion
, IMD.
Intermodulation distortion is measured with two or more input signals at different, closely 
spaced frequencies, all of the same amplitude. Two Tone IMD is the most common IMD 
specification and is measured with two input frequencies. Ideally, input frequencies f
1
and f
2
should produce output frequencies of only f
1
and f
2
. Device non-linearities, however, cause the 
production of new frequencies at the sum and difference frequencies of the input signals and 
their harmonics. i.e. (f
1
+ f
2
), (f
2
-f
1
), (f
1
+ 2f
2
), (2f
1
+ f
2
), (2f
1
-f
2
), (2f
2
-f
1
), etc. That is, the 
frequencies (intermodulation products) produced are
Σ
ΣΣ
Σ
(mf1 + nf2)
where “m” and “n” can take on any integer values. The amplitudes of the various 
intermodulation products will depend upon the nature of the non-linearities involved.
IMD can be expressed as the ratio of the power in the intermodulation products to the power in 
one of the original input frequencies. Some applications, particularly those concerned with RF 
signal processing, are more sensitive to some modulation products than to others. For 
example, in RF applications the third-order difference products (2f
1
-f
2
and 2f
2
-f
1
) are 
important because they are closest to the input frequencies, where other terms that are farther 
from the input frequencies can be digitally filtered out. For this reason the terms other than 3rd
order terms are often ignored where IMD is specified for RF applications.
26
Intermodulation Distortion (IMD)
f
2
-f
1
2f
1
-f
2
f
1
f
2
2f
2
-f
1
f
1
+ f
2
Amplitude
Frequency
f
1
f
2
Amplitude
Frequency
Input Spectrum
Output Spectrum
ABCs of ADCs  - Rev 3, June 2006
Authored by:  Nicholas “Nick” Gray
Copyright  2003, 2004, 2006 National Semiconductor 
Corporation
All rights reserved
27
There are many sources of signal degradation in any analog signal chain and the circuitry 
associated with an ADC has its share. Many of the problem areas mentioned here are 
common to any analog circuitry.
28
Common Sources of Noise and 
Distortion
Inadequate Supply Bypassing
Inadequate V
A
-V
DR
* Supply Decoupling
Noisy Components/Conditioning Circuitry
Quantization
Clock
Output to Input Coupling
* V
DR
(or DR V
D
) is the supply for the output drivers
ABCs of ADCs  - Rev 3, June 2006
Authored by:  Nicholas “Nick” Gray
Copyright  2003, 2004, 2006 National Semiconductor 
Corporation
All rights reserved
29
Digital circuitry typically causes a lot of noise on digital power lines. If the power source used 
for analog and/or mixed-signal devices is the same power source that is used for digital
components, this noise can couple into the analog and mixed-signal components through their 
supply pins. To the extent that the analog or mixed-signal components exhibit good power 
supply rejection, this will not affect the analog or mixed-signal components. However, Power 
Supply Rejection Ratio (PSRR) degrades with increasing frequency. Furthermore, PSRR as 
expressed on data sheets often refers to the difference in a single parameter (e.g., Offset 
Voltage) with two different stable d.c. supply voltages. This says nothing about how well high 
frequency noise on the supply source is rejected by the component.
Noise rejection on the power supply is never quite as good as the d.c. PSRR described above 
and gets worse with increasing frequency. 
29
Inadequate Supply Bypassing
Noise Can Enter Via The Power Supply
Specified PSRR Is A D.C. Measurement
A.C. PSRR Worse Than D.C. PSRR
A.C. PSRR Degrades With Frequency
ABCs of ADCs  - Rev 3, June 2006
Authored by:  Nicholas “Nick” Gray
Copyright  2003, 2004, 2006 National Semiconductor 
Corporation
All rights reserved
30
The PSRR of the ADC12040 is excellent, yet PSRR does degrade with higher frequencies. To 
degrade just 8dB from 100kHz to 10MHz, however, is exceptionally good for any ADC.
This test was performed by providing a 1.2 MHz input frequency to the ADC and a.c. coupling 
the a constant amplitude (500 mV
P-P
), variable frequency sine wave to the ADC power supply 
pins. This amplitude was measured right at the supply pins. The ADC reference was 2.0V, so 
if the PSRR were zero the output amplitude would have been 20*log(0.5/2.0) = -12.04 dBFS. 
The supply “noise” frequency amplitude was measured in dB. The PSRR was calculated to be 
the difference between this output level and 12 dB. So, for example, with 500 mV
P-P
at 10 MHz 
on the supply pins, 
the 10MHz frequency bin was found to be at -62 dBFS, so PSRR was determined to be
-PSRR = -62 - (-12) = -62 + 12 = -50 dB
30
PSRR of the ADC12040
Noise Frequency, MHz
10
20
30
40
50
60
0.1
0.3
1
3
10
30
PSRR, dB
Documents you may be interested
Documents you may be interested