关于ADC的有效噪声系数的讨论

关于ADC的有效噪声系数的讨论 

当使用1采样或分，采样接收器应用中1奈奎斯特模拟 - 到 - 数字转换器（ADC），1射频设计师需要知道ADC的有效噪声的数字，执行确定的为“完整的接收机级联噪声图线起来。

下面的讨论假定噪声是整个转换器的奈奎斯特频带的单位和设计师提供的手段，以确定ADC的有效噪声系数的估计。此外，本文还提供了一个有效的噪声系数为奈奎斯特ADC和过采样ADC的直接比较。  风速计| 照度计| 噪音计| 辐照计| 声级计| 温湿度计| 红外线测温仪| 温湿度仪| 红外线温度计

ADC的信号信噪比（SNR）是信号的功率比非信号功率。非信号功率，包括热噪声，量化噪声和其他残余错误的转换，ADC的奈奎斯特带宽（fSAMPLE / 2）测量。信噪比通常被定义为一个连续的正弦波在一定程度低于全量程（FS）的转换器，通常0.5分贝到1分贝应用到ADC输入信号。 ADC的信号转换成离散输出使用非线性过程的水平。最小的离散步骤被称为量化水平，这是一个ADC分辨率的功能，或位数。有一个正弦波的实际价值和量化的水平之间的差异（或错误）。一个理想的转换器的误差可导致表达水平在量化的任何值

SNR =（1.763 + 6.02×B）分贝，

其中，B是数据转换器的位数。

不幸的是，许多因素会降低ADC的理想的性能，在较低的信噪比值和较高的有效噪声系数值。这些因素包括热噪声，时钟抖动（尤其是具有高转换率较高的输入频率），和subranging错误。大型设备非线性谐波杂散，但这些谐波通常排除信噪比计算。在实践中，应至少衰减10dB滤波器抗混叠放置在ADC前，转换器的上游，以防止混入到转换器的奈奎斯特频带的噪声。

以下参数需要确定奈奎斯特ADC的有效噪声系数：

满量程功率级：允许的最大规模​​的功率电平（以dBm为单位），可应用于ADC的模拟输入ADC的最大输入电压（夹点）和模拟输入终端电阻决定。转换器的输入电压范围通常是指定电压峰 - 峰值（VP-P）的，从它的峰值电压（VP）可以很容易地被发现。

相应的RMS水平是：

VRMS =副总裁/√2 = VP×0.707

在ADC的输入信号功率被发现知道VRMS和RIN：

信号功率=（RIN的Vrms2）/（瓦特）

的满量程信号功率（dBm）的计算公式为：

信号功率= 10×日志（（（Vrms2）/ RIN）的×1000mW/Watt）= 10×日志（（Vrms2）/ RIN）的30分贝

ADC的SNR：SNR值，发现无论是在制造商的数据表或可以由用户自己所需的输入频率测量确定。数据表将提供从SNR值确定的条件。如果该用户的措施信噪比直接在预定的应用程序，所有电路的噪声贡献将考虑在测量数据，为用户提供最准确的信噪比估计。 （注意：请记住不包括马刺在SNR测量噪声系数计算，只有信噪比，不SINAD，利息）。考虑到数据表中的SNR值与实测值在奈奎斯特频带的总的综合噪声。通过简单的SNR值减去10×日志（fSAMPLE / 2），转换器的噪声功率归到1Hz带宽。 （这提供了一个dBc / Hz的单位，必须正常化dBm / Hz的转换器来实现全面的水平）。这地方在1Hz带宽的信噪比噪声水平（以dBm为单位），可以直接转换器的输入噪声，这是理论的热噪声地板限制，KTB相比。

KTB的计算公式如下：

KTB = 4.002×10-21瓦（或日志形式=-174dBm），其中

K =波尔兹曼常数= 1.381×10-23W/Hz/K
t = 290ķ在室温
=归带宽为1Hz

确定有效的ADC噪声系数，参考图1，并按照以下步骤：

确定转换器的满量程的水平（以dBm）明知所允许的最大的VP-P和输入端接电阻，RIN的。注意信噪比要么制造商的数据表中指定或用户（通常0.5分贝的规模以下1分贝）测量的水平。知道的SNR值，计算转换器的集成奈奎斯特频带噪声功率。知道的采样率，计算10×日志（fSAMPLE / 2）。减去（3）（4）确定转换器的1Hz带宽的噪声功率。 KTB计算为B = 1Hz的（等于在室温下的-174dBm）。减去归奈奎斯特频带噪声功率，以确定ADC的有效噪声系数KTB。

图1。步骤，以确定有效的ADC噪声系数。

意见
由于采样率翻了一番，有效的噪声系数降低了3dB，因为相同的输入噪声功率的两倍以上，从而提高信噪比的带宽传播。使用测量数据，因为用户的时钟抖动和其它噪声源代表在测量得到的最准确的估计，信噪比。设备非线性通常不影响SNR测量谐波排除从设备的信噪比表征。如果用户对SNR测量，必须小心测试设置不添加’假’的噪音，不会在目前的实际电路。由于RIN的降低，满刻度的功率水平的提高，从而增加有效的噪声系数为恒定SNR。
图2显示了为奈奎斯特ADC和一个过采样ADC的有效噪声系数的直接比较。过采样转换器的噪声密度是指在转换器设计的频率带宽，信噪比归特定的带宽，以获得在现场噪声dBc / Hz的。

图2。奈奎斯特ADC和采样ADC的有效噪声系数进行比较。
例子
假设两个转换器的满量程输入电平是2Vp-p的器件的输入端接电阻是200Ω。满刻度的功率电平：信号功率= 10×日志（（Vrms2）/ RIN）的30分贝= + 4dBm的。假设一个12位转换器，在用户所需的输入频率65MSPS采样69分贝（-1dBFS输入电平）的测量SNR值。在奈奎斯特频带的集成转换器的噪声功率的计算方法为：+ 4dBm的 - 1DB - 69分贝=-66dBm。计算10×日志（fSAMPLE / 2）= 10×日志（65Msps模数转换器/ 2）=75.1分贝。转换器的规范化奈奎斯特频带噪声功率减去75.1分贝从-66dBm-141.1dBm在1Hz带宽。由此产生的有效的ADC噪声系数=-141.1dBm - KTB =-141.1dBm - （-174dBm）=32.9分贝。作为对比，过采样ADC噪声密度将144.1dBc/Hz或145.1dBFS/Hz为了获得相同的有效噪声系数。
结论
一个RF设计者可以权衡几个参数优化采样，子采样，或采样接收机架构在使用该设备时，ADC的有效噪声系数。这些参数包括ADC的时钟速率，终端电阻，时钟抖动，奈奎斯特频带滤波，在这篇文章中讨论。