如何分析ADC噪声？

我们研究了如何测量噪声，并了解通过电源进入ADC的噪声如何在输出FFT中体现出来。

现在，让我们继续看一下ADC的模拟输入和共模电压电路中的噪声。尽管共模电压电路更像是一种电源类型的电路，但我们仍将将其与模拟输入一起进行检查，因为它用于为ADC的模拟输入提供共模电压。

通常，在指定ADC性能时，使用极低噪声输入源和低带宽、高性能带通滤波器。在这种情况下，在测量输出数字数据FFT的SNR（ADC噪声的一个指标）时，可以忽略来自输入源的噪声。但是，在实际系统中使用ADC时，模拟输入通常由放大器驱动，并采用抗混叠滤波器（AAF）。参见图1。

图1

放大器 – AAF – ADC

驱动放大器将是向系统提供噪声源。由于 AAF 由表面贴装无源元件制成，因此不具有砖壁性能，并且不会拒绝外部高性能滤波器。AAF 也将针对特定的系统带宽进行调整。所有这些因素都必须考虑在内。现在让我们来看看如何计算放大器噪声对整体SNR的影响。我们需要知道一些事情。

让我们看一个示例情况。我们将对整个计算过程进行相当高的层次的了解。考虑由ADL9643驱动的最大增益设置为5202dB的AD20。目标频段位于ADC的第二个奈奎斯特区（125MHz至250MHz之间）。AAF 设计用于从 1MHz 到 75MHz 的 145MHz 的 220dB 带宽。

滤波器的3dB带宽为110MHz，范围为120MHz至230MHz。首先，我们需要知道放大器的输出噪声。这通常在器件的数据手册中说明，通常以nV/√Hz为单位。有时只给出放大器的噪声系数，必须将其转换为nV/√Hz。对于ADL5202，噪声系数在数据手册中提供，在近似目标频带中，该值为7.5dB。如果我们将其转换为nV/√Hz，我们会发现150Ω输出端接的放大器输出噪声为3.737nV/√Hz。

下一步是取此值并乘以带宽因子，以消除噪声中的频率成分。这是通过取带宽的平方根来完成的（我们将使用110 MHz，因为这是滤波器的3dB带宽）。这导致放大器的噪声值为39.2μV。接下来，使用本例中150Ω的负载阻抗将该数字转换为瓦特，其噪声值为10.2pW。

我们越来越近了，但在我们计算出系统的整体SNR之前，我们仍然需要一些数学知识来完成。将噪声转换为瓦特后，我们需要将数字转换为dBm，以便将其转换为dBFS。获得dBm值后，只需将ADC的满量程功率（以dBm为单位）相加，即可获得以dBFS为单位的噪声电平。在这种情况下，以dBm为单位的噪声为-79.9dBm，ADC的满量程电平为4.07dBm（由1.75V，p-p转换），这意味着放大器的噪声为-75.83dBFS。

现在我们必须将ADC噪声（以dBFS为单位的SNR）和放大器噪声（以dBFS为单位）转换回瓦特，以便将它们相加。一旦它们以瓦特为单位加在一起，它们就可以转换回dBFS，结果最终为68.75dBFS。

在这种情况下，ADC本身的信噪比（电路笔记中未显示）的信噪比测量值为69.7dBFS。使用此值，预期信噪比的计算值为 68.752dBFS。让预期和实际SNR值如此紧密地对齐，这是一个非常好的结果。作为工程师，我们总是希望看到我们的计算尽可能接近我们的测量结果。同样，如果您想更仔细地检查计算，请给我发送电子邮件，我可以将计算电子表格转发给您。

使用放大器和AAF驱动ADC时，必须考虑噪声影响。

审核编辑：郭婷