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基准噪声如何影响增量 累加ADC中的DC噪声性能(一)

2020.10.26

  你评估过一个ADC的噪声性能,并且发现测得的性能不同于器件数据表中所给出的额定性能吗?在高精度数据采集系统中实现高分辨率需要对模数转换器 (ADC) 噪声有一定的认识和了解。有必要了解数据表如何指定噪声性能,以及外部噪声源对总体系统性能的影响方式。其中的一个噪声源示例就是我的同事Ryan Andrews在他的博文,“小心!你的ADC的性能也许只和它的电源性能差不多。”中所谈到过的电源噪声。在这篇博文中,我将会看一看基准噪声如何影响增量-累加ADC中的DC噪声性能。

  如图1所示,你可以用短接至中电源电压的正负输入来指定和测量一个ADC的DC噪声性能。通过测量这个条件下的噪声,ADC输出代码内的噪声几乎不受基准电压、基准噪声或输入信号噪声变化的影响。虽然这个测试条件相对于实际应用来说是一个过于理想的情况,它的确较好地给出了一个不受某些外部噪声源影响的ADC噪声性能。

基准噪声如何影响增量 累加ADC中的DC噪声性能

  图1:ADC噪声性能测试(和调试)配置

  提示:调试时,在开始其它系统噪声性能测试之前,用评估隔离式ADC噪声性能的短接输入测试来开始评估系统的噪声性能。

  基准噪声如何影响ADC DC噪声性能

  这个影响与ADC的基本任务相关;而ADC的基本任务就是提供一个输出代码,来表示输入信号电压与基准电压的比率。输入和基准电压都会将一个噪声项添加到这个比率中,如方程式1所示:

基准噪声如何影响增量 累加ADC中的DC噪声性能(1)

  输入信号噪声, 对于ADC转换结果的影响是非常直接的。ADC将捕捉未被滤除掉的任何噪声—使用外部电阻-电容 (RC) 滤波器,或者增量-累加ADC的信号滤波器进行过滤。由于 对于方程式1中的比率有直接影响,你可以在输出代码中进行观察。

  提示:在评估ADC噪声性能时,由于输入信号的噪声直接影响ADC的输出结果,请确保输入信号是一个低噪声源。

  然而,基准噪声, 对于ADC转换结果的影响并不直接,这是因为 出现在分母中。当分子为零时(就与ADC输入被短接的情况一样),这个比率始终为零,而 项将不会影响比率。当分子与分母大体相等时, 将会对比率有很大的影响。当比率介于0和1之间时, 的影响由比率值来衡量。图2显示的是得出的特性运行方式。

基准噪声如何影响增量 累加ADC中的DC噪声性能

  图2:ADC和基准噪声与输入电压之间的关系

  当通过使用均方根增加的方法将基准噪声添加到ADC的噪声中时,这个组合噪声是输入电压的函数,它会在正或负输入电压变大时增加。在图2中的曲线上,有几个点需要注意:

  点A,这是用ADC数据表中给出的短接输入测得的ADC噪声。

  点B,这是总带宽限制基准噪声,通常受到ADC数字滤波器带宽的限制。

  如果你知道针对噪声源的噪声频谱密度和噪声带宽的话,你就能够计算出基准噪声(点B);否则的话,将一个满量程电压输入施加到ADC上,并且测量噪声性能,这样通常能够获得一个比较好的基准噪声测量值。


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