过采样:提高ADC信噪比巧妙方法

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一般来说,我们可以提高ADC采样位数来提高ADC的信噪比,但是往往意味着ADC的成本可能也会更高。有没有不提高位数,同样优化信噪比的方法呢?有的,那就是过采样。

如果ADC的噪声仅考虑量化噪声。把Sine波形放到频域里看,我们会得到下图。

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图1:Sine波幅频相应曲线(图片来源:TI)

我们把上图进一步简化。下图红色箭头表示主信号的幅值,灰色代表噪声幅值,平均分布在DC到fs/2之间。(fs为采样频率)

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图2:过采样提高信噪比

如上图,如果我们将采样率提高K倍,噪声能量不变,并且平均分布在更宽范围,从而噪声的幅值降低。原始信号没变,但是噪声幅值减少,也就是信噪比提高了。

提高采样率之后的信噪比公式:

SNR=6.02N+1.76dB+10log(OSR)

其中,过采样速率OSR=Fs/(2╳BW),BW为带宽。

注意:此公式仅适用于只存在量化噪声的理想ADC。因此,提高采样率有助于提高信噪比。

对于ADC采样率,我们可以在Digi-Key模数转换器(ADC)筛选项中筛选:

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图3:在Digi-Key网站通过采用率筛选ADC

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