當使用放大器進行信號電壓縮放時,噪聲以放大器輸入為參考。此時,有兩個主要的噪聲源:放大器本身的輸入?yún)⒖荚肼?,以及ADC的縮小輸入?yún)⒖荚肼?。這兩個噪聲源按照二次項的方式組合。此外,放大器的噪聲還會通過ADC的輸入帶寬以及放大器與ADC輸入之間的抗混疊濾波器進行濾波,參見圖4。
系統(tǒng)SNR(放大器輸入端)的計算公式為:
式中: VnADC為ADC的輸入RMS噪聲;VnOPA為放大器的輸入?yún)⒖荚肼?輸入?yún)⒖嫉腦倍)=單極點-3dB頻率。
給定ADC的滿量程范圍、ADC的輸入?yún)⒖荚肼暫头糯笃鞯谋壤蜃雍?,有兩個變量會影響到SNR損失降低的目標:濾波器的截止頻率和放大器的輸入?yún)⒖荚肼暋?
如果信號源具有低頻分量,可以設(shè)計濾波器,使放大器能夠容許較大的輸入噪聲(較高的輸入噪聲通常與較低的功耗和成本有關(guān))。如果ADC限制了系統(tǒng)的帶寬,放大器需要具有足夠低的輸入?yún)⒖荚肼?,以便把SNR損失控制在可接受的范圍內(nèi)。
舉例來說,給定一個±10V輸入信號和一個SNR為92dB的5VP-P滿量程范圍ADC,則比例因子(輸入與滿量程范圍之比)為4。數(shù)據(jù)表中的ADC輸入?yún)⒖荚肼暈?4.4nV RMS 。假設(shè)濾波器的截止頻率為10kHz,放大器的輸入?yún)⒖荚肼暈?0nV/ (Hz) 1/2,則SNR的損失為:SNR(loss)=0.035dB。
如果沒有濾波器,并假定ADC帶寬為10MHz,為了達到相同的SNR損失,所需的輸入?yún)⒖荚肼晞t變?yōu)?.3nV/(Hz) 1/2,這一要求非常嚴格。
對于10MHz相同帶寬的ADC,如果允許SNR(loss)=0.5dB,則對放大器的噪聲要求為4nV/(Hz) 1/2,相對來說較容易實現(xiàn)。
因此,如果給定了系統(tǒng)帶寬和可容許的SNR損失,增加比例放大器以使高壓信號轉(zhuǎn)換到滿量程范圍的低壓ADC,將是完全可行的解決方案。當把多路不同擺幅的信號饋送到一個多路復(fù)用的低壓ADC時,這種解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)高性價比的系統(tǒng)。 |
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