但是，從係統的角度來看，您需要擔心的不僅僅是ADC噪聲——畢竟所有組件（包括放大器
、電壓基準、時鍾和電源）都會產生一些噪聲——這些器件對係統噪聲的累積影響是什麼？更重要的是，您的係統能夠解決您感興趣的信號嗎
？

 

為助您更好地理解係統噪聲並將這些知識應用到您的設計中，我最近撰寫了一篇名為“解決信號”的技術文章係列。該係列探討了典型信號鏈中的常見噪聲源，並通過降低噪聲和保持高精度測量的方法輔助理解。

 

以下是該係列中10個最關鍵的問題和答案，可幫助您開始使用精密ADC進行設計。

 

1.您將在ADC中發現何種類型的噪聲？

 

總ADC噪聲有兩個主要組成部分：量化噪聲和熱噪聲。量化噪聲來自將無限數量的模擬電壓映射到有限數量的數字代碼的過程（圖1左側）。因此，任何單個數字輸出都可對應於數個模擬輸入電壓，這些電壓可能相差一半的最低有效位（LSB）。

 

由於電導體內電荷的物理移動（圖1右側）
，熱噪聲是所有電子元件中固有的現象。不幸的是，ADC終端用戶不能幹涉器件的熱噪聲，因為它是ADC設計的一個功能。

 

圖 1：量化噪聲（左）和熱噪聲（右）

 

熱噪聲和量化噪聲是否同樣影響低分辨率和高分辨率ADC
？閱讀第1部分“Δ-Σ ADC中的噪聲簡介了解相關信息”。

 

 2. 如何測量和指定ADC噪聲
？

 

ADC製造商使用兩種方法來測量ADC噪聲。第一種方法將ADC的輸入短接在一起
，以測量由於熱噪聲導致的輸出代碼的微小變化。第二種方法涉及輸入具有特定幅度和頻率的正弦波（例如1kHz下為1 VPP）並報告ADC如何量化正弦波。圖2展示了這些類型的噪聲測量。

 

圖 2：正弦波輸入測試設置（左）和輸入短路測試設置（右）

 

每類ADC使用哪種測量方法？請閱讀第2部分中有關噪聲測量方法和規範的更多信息。

 

3. 用於係統噪聲分析的最佳噪聲參數是多少？

 

對於ADC噪聲分析，我建議使用輸入參考噪聲。我加粗此短語，因為使用輸入參考噪聲來定義ADC性xing能neng並bing不bu常chang見jian。實shi際ji上shang，大da多duo數shu工gong程cheng師shi隻zhi談tan論lun相xiang關guan參can數shu，例li如ru有you效xiao和he無wu噪zao聲sheng的de分fen辨bian率lv，而er當dang他ta們men無wu法fa最zui大da化hua這zhe些xie值zhi時shi會hui深shen感gan擔dan憂you。畢bi竟jing，如ru果guo您nin隻zhi是shi使shi用yong24位ADC來實現16位ADC的有效分辨率
，感覺就像您在為實際不會使用的ADC性能而買單。

 

但是
，16位ADC的有效分辨率並不一定能告知您ADC將使用多大的滿量程範圍（FSR）。也就是說
，您可能隻需要16位有效分辨率，但如果最小輸入信號為50 nV
，則無法使用16位ADC來解決問題。因此，高分辨率Δ-ΣADC的真正好處是它能夠提供的低輸入參考噪聲水平。這並不意味著有效的解決方案並不重要 - 隻是它不是參數化係統的最佳方式。

 

第3部分使用無噪聲分辨率和輸入參考噪聲定義係統噪聲參數的設計實例進一步采用這些要求。哪一種能夠實現最快、適應性最強的解決方案？閱讀文章發現答案。

 

4. 什麼是ENBW
，為什麼它很重要？

 

在一般信號處理術語中
，濾波器的有效噪聲帶寬（ENBW）是理想的實際濾波器的截止頻率fC
，其噪聲功率近似等於原始濾波器的噪聲功率H(f)。

 

作zuo為wei類lei比bi
，您nin可ke考kao慮lv一yi下xia在zai寒han冷leng的de夜ye晚wan您nin家jia中zhong的de情qing況kuang。為wei降jiang低di能neng源yuan成cheng本ben並bing節jie省sheng資zi金jin，您nin需xu要yao盡jin可ke能neng地di關guan閉bi門men窗chuang以yi限xian製zhi進jin入ru的de冷leng空kong氣qi量liang。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia，您nin的de家jia是shi係xi統tong，您nin的de門men窗chuang是shi濾lv波bo器qi
，冷leng空kong氣qi是shi噪zao聲sheng，ENBW是衡量您的門窗是如何打開（或關閉）的。間隙越大（ENBW）
，進入家中（係統）的冷空氣（噪聲）越多
，反之亦然
，如圖3所示。

 

圖 3：寬ENBW會產生更多噪聲（左）；窄ENBW產生更少噪聲（右）

 

哪些係統組件對ENBW有貢獻？閱讀第4部分以了解更多信息。

 

5. 您如何計算係統的噪聲帶寬

？

 

如果您的信號鏈有多個濾波器組件，則必須通過組合信號鏈中的所有下遊濾波器來計算每個組件的ENBW。要組合濾波器
，請將它們繪製為幅度（以分貝為單位）與頻率的關係，然後逐點添加。

 

例如，要計算圖4中放大器的噪聲貢獻

，您必須將放大器的帶寬與抗混疊濾波器、ADC的數字濾波器和任何後處理濾波器相結合。在這種情況下，您可忽略電磁幹擾（EMI）濾波器，因為它相對於放大器位於上遊。

 

圖 4：顯示多個濾波源的典型信號鏈

 

這可能很複雜
，請閱讀第5部分學習ENBW近似方法以簡化分析。

 

6.如果將外部放大器添加到ADC的輸入端，這會如何影響係統噪聲性能？

 

通過將ADC和放大器與各自的噪聲源分開可更輕鬆地進行噪聲分析。在這種情況下，您可將係統建模為無噪聲放大器和無噪聲ADC，前置條件是電壓源等於兩者的輸入參考噪聲，如圖5所示。

 

圖5：“無噪聲”ADC和放大器通過參考輸入總噪聲前置

 

不幸的是
，測得的輸出噪聲必須重新參考輸入，因為輸入參考噪聲是大多數ADC數據手冊中使用的規範。假設放大器和ADC噪聲不相關，請采用兩個值的和方根（RSS）來確定總輸出參考噪聲。您還需要通過放大器的增益GAMP來調整放大器噪聲。公式1所示為得出的輸出參考噪聲：

 

 

如何將其轉化為輸入參考噪聲
？增益比例因子GAMP的後果是什麼？閱讀第6部分以了解相關信息。

 

7. 是否存在增益過多的情況？

 

在第七係列文章中

，我查看了一個示例，該示例在ADS1261的輸入端添加了多個外部放大器，並測量了最終的噪聲性能。然後，我使用其集成的可編程增益放大器將這些組合與ADS1261的基線噪聲性能進行了比較。為了更容易比較，我在每種組合的不同增益設置下繪製了噪聲，這提供了有關將外部放大器添加到精密ADC如何影響性能以及性能如何隨增益變化的數個見解。圖6描述了該示例。

 

圖 6：根據增益比較不同放大器的噪聲性能與和ADS1261的關係

 

這個示例和圖6圖表有哪些關鍵要點？閱讀第7部分“放大器噪聲對Δ-Σ ADC的影響”了解更多信息。

 

8. 如何計算傳入係統的參考噪聲量？

 

參考噪聲最有趣的特征之一是它會隨著您使用的ADC FSR的大小呈現線性變化：如果輸入信號非常小，則不會觀察到太多參考噪聲 - 因此可能會使用較大噪聲進行參考。或者，如果輸入信號大於中刻度，則可預期參考噪聲占主導地位。在這種情況下，請始終確保ADC噪聲和參考噪聲具有可比性。圖7定性地繪製了作為FSR利用率函數的參考噪聲、ADC噪聲和總噪聲。

 

圖7：作為FSR利用率函數的參考噪聲、ADC噪聲和總噪聲

 

這個圖上的關鍵點 - A、B和C代表什麼

？更改輸入信號與更改係統增益如何會影響參考噪聲？在第8部分中找到這些問題的答案

 

來源：德州儀器  作者：Bryan Lizon

 

 

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