如何分析ADC噪聲？

我們研究了如何測(cè)量噪聲，并了解通過(guò)電源進(jìn)入ADC的噪聲如何在輸出FFT中體現(xiàn)出來(lái)。

現(xiàn)在，讓我們繼續(xù)看一下ADC的模擬輸入和共模電壓電路中的噪聲。盡管共模電壓電路更像是一種電源類(lèi)型的電路，但我們?nèi)詫⑵渑c模擬輸入一起進(jìn)行檢查，因?yàn)樗糜跒锳DC的模擬輸入提供共模電壓。

通常，在指定ADC性能時(shí)，使用極低噪聲輸入源和低帶寬、高性能帶通濾波器。在這種情況下，在測(cè)量輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)FFT的SNR（ADC噪聲的一個(gè)指標(biāo)）時(shí)，可以忽略來(lái)自輸入源的噪聲。但是，在實(shí)際系統(tǒng)中使用ADC時(shí)，模擬輸入通常由放大器驅(qū)動(dòng)，并采用抗混疊濾波器（AAF）。參見(jiàn)圖1。

圖1

放大器 – AAF – ADC

驅(qū)動(dòng)放大器將是向系統(tǒng)提供噪聲源。由于 AAF 由表面貼裝無(wú)源元件制成，因此不具有磚壁性能，并且不會(huì)拒絕外部高性能濾波器。AAF 也將針對(duì)特定的系統(tǒng)帶寬進(jìn)行調(diào)整。所有這些因素都必須考慮在內(nèi)?，F(xiàn)在讓我們來(lái)看看如何計(jì)算放大器噪聲對(duì)整體SNR的影響。我們需要知道一些事情。

讓我們看一個(gè)示例情況。我們將對(duì)整個(gè)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行相當(dāng)高的層次的了解?？紤]由ADL9643驅(qū)動(dòng)的最大增益設(shè)置為5202dB的AD20。目標(biāo)頻段位于ADC的第二個(gè)奈奎斯特區(qū)（125MHz至250MHz之間）。AAF 設(shè)計(jì)用于從 1MHz 到 75MHz 的 145MHz 的 220dB 帶寬。

濾波器的3dB帶寬為110MHz，范圍為120MHz至230MHz。首先，我們需要知道放大器的輸出噪聲。這通常在器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)中說(shuō)明，通常以nV/√Hz為單位。有時(shí)只給出放大器的噪聲系數(shù)，必須將其轉(zhuǎn)換為nV/√Hz。對(duì)于ADL5202，噪聲系數(shù)在數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供，在近似目標(biāo)頻帶中，該值為7.5dB。如果我們將其轉(zhuǎn)換為nV/√Hz，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)150Ω輸出端接的放大器輸出噪聲為3.737nV/√Hz。

下一步是取此值并乘以帶寬因子，以消除噪聲中的頻率成分。這是通過(guò)取帶寬的平方根來(lái)完成的（我們將使用110 MHz，因?yàn)檫@是濾波器的3dB帶寬）。這導(dǎo)致放大器的噪聲值為39.2μV。接下來(lái)，使用本例中150Ω的負(fù)載阻抗將該數(shù)字轉(zhuǎn)換為瓦特，其噪聲值為10.2pW。

我們?cè)絹?lái)越近了，但在我們計(jì)算出系統(tǒng)的整體SNR之前，我們?nèi)匀恍枰恍?shù)學(xué)知識(shí)來(lái)完成。將噪聲轉(zhuǎn)換為瓦特后，我們需要將數(shù)字轉(zhuǎn)換為dBm，以便將其轉(zhuǎn)換為dBFS。獲得dBm值后，只需將ADC的滿(mǎn)量程功率（以dBm為單位）相加，即可獲得以dBFS為單位的噪聲電平。在這種情況下，以dBm為單位的噪聲為-79.9dBm，ADC的滿(mǎn)量程電平為4.07dBm（由1.75V，p-p轉(zhuǎn)換），這意味著放大器的噪聲為-75.83dBFS。

現(xiàn)在我們必須將ADC噪聲（以dBFS為單位的SNR）和放大器噪聲（以dBFS為單位）轉(zhuǎn)換回瓦特，以便將它們相加。一旦它們以瓦特為單位加在一起，它們就可以轉(zhuǎn)換回dBFS，結(jié)果最終為68.75dBFS。

在這種情況下，ADC本身的信噪比（電路筆記中未顯示）的信噪比測(cè)量值為69.7dBFS。使用此值，預(yù)期信噪比的計(jì)算值為 68.752dBFS。讓預(yù)期和實(shí)際SNR值如此緊密地對(duì)齊，這是一個(gè)非常好的結(jié)果。作為工程師，我們總是希望看到我們的計(jì)算盡可能接近我們的測(cè)量結(jié)果。同樣，如果您想更仔細(xì)地檢查計(jì)算，請(qǐng)給我發(fā)送電子郵件，我可以將計(jì)算電子表格轉(zhuǎn)發(fā)給您。

使用放大器和AAF驅(qū)動(dòng)ADC時(shí)，必須考慮噪聲影響。

審核編輯：郭婷