關(guān)于ADC的有效噪聲系數(shù)的討論

關(guān)于ADC的有效噪聲系數(shù)的討論 

當(dāng)使用1采樣或分，采樣接收器應(yīng)用中1奈奎斯特模擬 - 到 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），1射頻設(shè)計(jì)師需要知道ADC的有效噪聲的數(shù)字，執(zhí)行確定的為“完整的接收機(jī)級(jí)聯(lián)噪聲圖線起來。

下面的討論假定噪聲是整個(gè)轉(zhuǎn)換器的奈奎斯特頻帶的單位和設(shè)計(jì)師提供的手段，以確定ADC的有效噪聲系數(shù)的估計(jì)。此外，本文還提供了一個(gè)有效的噪聲系數(shù)為奈奎斯特ADC和過采樣ADC的直接比較。  風(fēng)速計(jì)| 照度計(jì)| 噪音計(jì)| 輻照計(jì)| 聲級(jí)計(jì)| 溫濕度計(jì)| 紅外線測溫儀| 溫濕度儀| 紅外線溫度計(jì)

ADC的信號(hào)信噪比（SNR）是信號(hào)的功率比非信號(hào)功率。非信號(hào)功率，包括熱噪聲，量化噪聲和其他殘余錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)換，ADC的奈奎斯特帶寬（fSAMPLE / 2）測量。信噪比通常被定義為一個(gè)連續(xù)的正弦波在一定程度低于全量程（FS）的轉(zhuǎn)換器，通常0.5分貝到1分貝應(yīng)用到ADC輸入信號(hào)。 ADC的信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散輸出使用非線性過程的水平。最小的離散步驟被稱為量化水平，這是一個(gè)ADC分辨率的功能，或位數(shù)。有一個(gè)正弦波的實(shí)際價(jià)值和量化的水平之間的差異（或錯(cuò)誤）。一個(gè)理想的轉(zhuǎn)換器的誤差可導(dǎo)致表達(dá)水平在量化的任何值

SNR =（1.763 + 6.02×B）分貝，

其中，B是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。

不幸的是，許多因素會(huì)降低ADC的理想的性能，在較低的信噪比值和較高的有效噪聲系數(shù)值。這些因素包括熱噪聲，時(shí)鐘抖動(dòng)（尤其是具有高轉(zhuǎn)換率較高的輸入頻率），和subranging錯(cuò)誤。大型設(shè)備非線性諧波雜散，但這些諧波通常排除信噪比計(jì)算。在實(shí)踐中，應(yīng)至少衰減10dB濾波器抗混疊放置在ADC前，轉(zhuǎn)換器的上游，以防止混入到轉(zhuǎn)換器的奈奎斯特頻帶的噪聲。

以下參數(shù)需要確定奈奎斯特ADC的有效噪聲系數(shù)：

滿量程功率級(jí)：允許的最大規(guī)模​​的功率電平（以dBm為單位），可應(yīng)用于ADC的模擬輸入ADC的最大輸入電壓（夾點(diǎn)）和模擬輸入終端電阻決定。轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍通常是指定電壓峰 - 峰值（VP-P）的，從它的峰值電壓（VP）可以很容易地被發(fā)現(xiàn)。

相應(yīng)的RMS水平是：

VRMS =副總裁/√2 = VP×0.707

在ADC的輸入信號(hào)功率被發(fā)現(xiàn)知道VRMS和RIN：

信號(hào)功率=（RIN的Vrms2）/（瓦特）

的滿量程信號(hào)功率（dBm）的計(jì)算公式為：

信號(hào)功率= 10×日志（（（Vrms2）/ RIN）的×1000mW/Watt）= 10×日志（（Vrms2）/ RIN）的30分貝

ADC的SNR：SNR值，發(fā)現(xiàn)無論是在制造商的數(shù)據(jù)表或可以由用戶自己所需的輸入頻率測量確定。數(shù)據(jù)表將提供從SNR值確定的條件。如果該用戶的措施信噪比直接在預(yù)定的應(yīng)用程序，所有電路的噪聲貢獻(xiàn)將考慮在測量數(shù)據(jù)，為用戶提供最準(zhǔn)確的信噪比估計(jì)。 （注意：請記住不包括馬刺在SNR測量噪聲系數(shù)計(jì)算，只有信噪比，不SINAD，利息）。考慮到數(shù)據(jù)表中的SNR值與實(shí)測值在奈奎斯特頻帶的總的綜合噪聲。通過簡單的SNR值減去10×日志（fSAMPLE / 2），轉(zhuǎn)換器的噪聲功率歸到1Hz帶寬。 （這提供了一個(gè)dBc / Hz的單位，必須正�；痙Bm / Hz的轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)全面的水平）。這地方在1Hz帶寬的信噪比噪聲水平（以dBm為單位），可以直接轉(zhuǎn)換器的輸入噪聲，這是理論的熱噪聲地板限制，KTB相比。

KTB的計(jì)算公式如下：

KTB = 4.002×10-21瓦（或日志形式=-174dBm），其中

K =波爾茲曼常數(shù)= 1.381×10-23W/Hz/K
t = 290ķ在室溫
=歸帶寬為1Hz

確定有效的ADC噪聲系數(shù)，參考圖1，并按照以下步驟：

確定轉(zhuǎn)換器的滿量程的水平（以dBm）明知所允許的最大的VP-P和輸入端接電阻，RIN的。注意信噪比要么制造商的數(shù)據(jù)表中指定或用戶（通常0.5分貝的規(guī)模以下1分貝）測量的水平。知道的SNR值，計(jì)算轉(zhuǎn)換器的集成奈奎斯特頻帶噪聲功率。知道的采樣率，計(jì)算10×日志（fSAMPLE / 2）。減去（3）（4）確定轉(zhuǎn)換器的1Hz帶寬的噪聲功率。 KTB計(jì)算為B = 1Hz的（等于在室溫下的-174dBm）。減去歸奈奎斯特頻帶噪聲功率，以確定ADC的有效噪聲系數(shù)KTB。

圖1。步驟，以確定有效的ADC噪聲系數(shù)。

意見
由于采樣率翻了一番，有效的噪聲系數(shù)降低了3dB，因?yàn)橄嗤�的輸入噪聲功率的兩倍以上，從而提高信噪比的帶寬傳播。使用測量數(shù)據(jù)，因?yàn)橛脩舻臅r(shí)鐘抖動(dòng)和其它噪聲源代表在測量得到的最準(zhǔn)確的估計(jì)，信噪比。設(shè)備非線性通常不影響SNR測量諧波排除從設(shè)備的信噪比表征。如果用戶對(duì)SNR測量，必須小心測試設(shè)置不添加’假’的噪音，不會(huì)在目前的實(shí)際電路。由于RIN的降低，滿刻度的功率水平的提高，從而增加有效的噪聲系數(shù)為恒定SNR。
圖2顯示了為奈奎斯特ADC和一個(gè)過采樣ADC的有效噪聲系數(shù)的直接比較。過采樣轉(zhuǎn)換器的噪聲密度是指在轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的頻率帶寬，信噪比歸特定的帶寬，以獲得在現(xiàn)場噪聲dBc / Hz的。

圖2。奈奎斯特ADC和采樣ADC的有效噪聲系數(shù)進(jìn)行比較。
例子
假設(shè)兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入電平是2Vp-p的器件的輸入端接電阻是200Ω。滿刻度的功率電平：信號(hào)功率= 10×日志（（Vrms2）/ RIN）的30分貝= + 4dBm的。假設(shè)一個(gè)12位轉(zhuǎn)換器，在用戶所需的輸入頻率65MSPS采樣69分貝（-1dBFS輸入電平）的測量SNR值。在奈奎斯特頻帶的集成轉(zhuǎn)換器的噪聲功率的計(jì)算方法為：+ 4dBm的 - 1DB - 69分貝=-66dBm。計(jì)算10×日志（fSAMPLE / 2）= 10×日志（65Msps模數(shù)轉(zhuǎn)換器/ 2）=75.1分貝。轉(zhuǎn)換器的規(guī)范化奈奎斯特頻帶噪聲功率減去75.1分貝從-66dBm-141.1dBm在1Hz帶寬。由此產(chǎn)生的有效的ADC噪聲系數(shù)=-141.1dBm - KTB =-141.1dBm - （-174dBm）=32.9分貝。作為對(duì)比，過采樣ADC噪聲密度將144.1dBc/Hz或145.1dBFS/Hz為了獲得相同的有效噪聲系數(shù)。
結(jié)論
一個(gè)RF設(shè)計(jì)者可以權(quán)衡幾個(gè)參數(shù)優(yōu)化采樣，子采樣，或采樣接收機(jī)架構(gòu)在使用該設(shè)備時(shí)，ADC的有效噪聲系數(shù)。這些參數(shù)包括ADC的時(shí)鐘速率，終端電阻，時(shí)鐘抖動(dòng)，奈奎斯特頻帶濾波，在這篇文章中討論。