Når man designer med en analog-til-digital konverter (ADC), er det let fejlagtigt at tro, at reduktion af indgangssignalet for at opfylde ADC'ens fuldskalaområde vil forårsage et betydeligt fald i signal-til-støj-forholdet (SNR) ).
Systemdesignere, der skal håndtere store spændingsudsving, er særligt bekymrede over dette. Sammenlignet med ADC'er drevet af højere spændinger er ADC'er drevet af lave spændinger (5V eller lavere) desuden mere forskellige.
Højere spændingsforsyning fører normalt til større strømforbrug og mere kompliceret printkortlayout (for eksempel kræves der flere afkoblingskondensatorer).
Mange signaler genereret af sensorer eller systemer er bipolære højspændingssignaler (såsom det udbredte ±10V-signal). Der er dog mange enkle måder at sende dette signal gennem ADC'en på; forskellige integrerede højspændings-ADC-løsninger kan også bruges: den kan håndtere dette store fuldskala-indgangssignal uden at ofre SNR. Disse løsninger kræver en meget høj forsyningsspænding for at opfylde kravene til inputområdet, og deres strømforbrug er også ret stort (figur 1). Disse højspændings-ADC'er indsnævrer også udvalget af signalbehandlingsløsninger (op amp). Hvis signalet skal multiplekses med en kombination af højspændings- og lavspændingsindgange, vil systemomkostningerne stige betydeligt (figur 2).
Du kan også bruge indgangsforstærkeren til at skalere signalet, så det matcher fuldskala-indgangsområdet for lavspændings-ADC. Dette signalbehandlingskredsløb kan forbindes til en multiplekset indgang, så alle signaler kan være på linje med ADC-området (Figur 3).
Når du bruger en forstærker til signalspændingsskalering, refereres støjen til forstærkerens indgang. På dette tidspunkt er der to hovedstøjkilder: inputreferencestøjen fra selve forstærkeren og den reducerede inputreferencestøj fra ADC'en. Disse to støjkilder er kombineret i en kvadratisk term. Derudover filtreres støjen fra forstærkeren også af ADC'ens indgangsbåndbredde og anti-aliasing-filteret mellem forstærkeren og ADC-indgangen, se figur 4.
Figur 4: Zoomforstærkeren introducerer støj, men støjen filtreres af RC-kredsløbet og ADC'ens indgangsnetværk.
Beregningsformlen for systemets SNR (forstærkerindgangsterminal) er:
Hvor: VnADC er input RMS-støjen fra ADC'en; VnOPA er forstærkerens inputreferencestøj (X gange inputreferencen) = enkeltpolet -3dB frekvens.
I betragtning af fuldskalaområdet for ADC, ADC-inputreferencestøj og forstærkerskalafaktor er der to variabler, der vil påvirke målet med SNR-tabsreduktion: filterets afskæringsfrekvens og forstærkerens inputreferencestøj.
Hvis signalkilden har lavfrekvente komponenter, kan et filter designes, så forstærkeren kan tolerere større inputstøj (højere inputstøj er normalt relateret til lavere strømforbrug og omkostninger). Hvis ADC'en begrænser systemets båndbredde, skal forstærkeren have lav nok inputreferencestøj til at kontrollere SNR-tabet inden for et acceptabelt område.
For eksempel, givet et ±10V indgangssignal og en 5VP-P fuldskala-ADC med en SNR på 92dB, er skaleringsfaktoren (forholdet mellem input og fuldskala-området) 4. ADC-indgangsreferencestøjen i databladet er 44.4 nV RMS. Hvis vi antager, at filterets afskæringsfrekvens er 10kHz, og forstærkerens inputreferencestøj er 10nV/(Hz) 1/2, er SNR-tabet: SNR(tab)=0.035dB.
Hvis der ikke er noget filter, og ADC-båndbredden antages at være 10MHz, for at opnå samme SNR-tab, bliver den nødvendige inputreferencestøj 0.3nV/(Hz) 1/2. Dette krav er meget strengt.
For en ADC med samme båndbredde på 10MHz, hvis SNR(tab)=0.5dB tillades, er støjkravet for forstærkeren 4nV/(Hz) 1/2, hvilket er relativt nemt at implementere.
Derfor, hvis systemets båndbredde og tilladte SNR-tab er angivet, vil tilføjelse af en proportional forstærker til at konvertere højspændingssignalet til en lavspændings-ADC i fuldskalaområdet være en fuldstændig gennemførlig løsning. Når der føres flere signaler med forskellige svingamplituder til en multiplekset lavspændings-ADC, kan denne løsning opnå et omkostningseffektivt system.
Vores andet produkt:
