降低ADC信噪比损失的设计技巧 第二页

当使用放大器进行信号电压缩放时，噪声以放大器输入为参考。此时，有两个主要的噪声源：放大器本身的输入参考噪声，以及ADC的缩小输入参考噪声。这两个噪声源按照二次项的方式组合。此外，放大器的噪声还会通过ADC的输入带宽以及放大器与ADC输入之间的抗混叠滤波器进行滤波，参见图4。

图4：缩放放大器引入噪声，但噪声由RC电路和ADC的输入网络滤波。

系统SNR(放大器输入端)的计算公式为：

式中： VnADC为ADC的输入RMS噪声；VnOPA为放大器的输入参考噪声(输入参考的X倍)=单极点-3dB频率。

给定ADC的满量程范围、ADC的输入参考噪声和放大器的比例因子后，有两个变量会影响到SNR损失降低的目标：滤波器的截止频率和放大器的输入参考噪声。

如果信号源具有低频分量，可以设计滤波器，使放大器能够容许较大的输入噪声(较高的输入噪声通常与较低的功耗和成本有关)。如果ADC限制了系统的带宽，放大器需要具有足够低的输入参考噪声，以便把SNR损失控制在可接受的范围内。

举例来说，给定一个±10V输入信号和一个SNR为92dB的5VP-P满量程范围ADC，则比例因子(输入与满量程范围之比)为4。数据表中的ADC输入参考噪声为44.4nV RMS 。假设滤波器的截止频率为10kHz，放大器的输入参考噪声为10nV/ (Hz) 1/2，则SNR的损失为：SNR(loss)=0.035dB。

如果没有滤波器，并假定ADC带宽为10MHz，为了达到相同的SNR损失，所需的输入参考噪声则变为0.3nV/(Hz) 1/2，这一要求非常严格。

对于10MHz相同带宽的ADC，如果允许SNR(loss)=0.5dB，则对放大器的噪声要求为4nV/(Hz) 1/2，相对来说较容易实现。

因此，如果给定了系统带宽和可容许的SNR损失，增加比例放大器以使高压信号转换到满量程范围的低压ADC，将是完全可行的解决方案。当把多路不同摆幅的信号馈送到一个多路复用的低压ADC时，这种解决方案能够实现高性价比的系统。