從模數(shù)轉換器角度看,噪聲指數(shù)重要嗎?
出處:chunyang 發(fā)布于:2010-10-13 11:42:14
從轉換器的角度來看,噪聲指數(shù)(NF)和信噪比(SNR)是可以互換的。噪聲指數(shù)讓您對噪聲密度有很好的理解, 而信噪比是衡量有關頻帶內總噪聲的大小。下面 ,讓我們詳細的討論下噪聲指數(shù),一些折衷做法可能會導致人們的誤解,而且低噪聲指數(shù)并不總是意味著轉換器有較低的前端噪聲。
當我們需要了解級聯(lián)信號鏈系統(tǒng)中噪聲對設計的動態(tài)影響時,往往會用到噪聲指數(shù)(NF)。請記住,當源電阻增加到原來的四倍時,噪聲指數(shù)將改善6 dB,但同時,隨著電阻的增加,相應地也增加了進入模數(shù)轉換器的熱噪聲。當源電阻增大, 或是加到轉換器的模擬前端(變壓器、放大器或其它)的輸入信號達到滿量程一半時, 在感興趣的帶寬內的噪聲就越難于處理,從而終惡化轉換器的性能。
為什么會這樣呢?如果變壓器或放大器的滿量程輸入信號降低,那么就需要增加增益,這在理論上也很好理解,相比于放大器,變壓器更依賴于增益帶寬積這個指標。因此,舉例來說,使用高阻抗比變壓器可將噪聲指數(shù)優(yōu)化到盡可能低,但靠它來實現(xiàn)100MHz及更高頻率常見高中頻應用,卻非常困難。
放大器的問題也類似:隨著增益的提高,放大器不僅放大了信號,而且放大了自身固有的噪聲,因而會迅速劣化轉換器的性能。為了保證性能,需要使用更復雜(更高階)的抗混疊濾波器,而這樣的濾波器將包含很多阻性和“有損耗”元件。
其實,在設計前端時需要時刻注意噪聲頻譜密度(NSD)。噪聲頻譜密度的單位通常是nV/rt-Hz,對轉換器來說這才是真正重要的一個指標,因為在數(shù)字域中這一個指標會被和反復揣摩,以將信號差分化并終從頻帶內“挑選出”感興趣信號。
總之,要確保正確的分配增益,使整個信號鏈上所有的輸入輸出滿量程信號達到。衰減、填充或阻抗在信號鏈中并不是好的噪聲指數(shù)折衷方式,因為電阻的存在會浪費功率和增加噪聲。后續(xù)第二部分將討論電阻噪聲和轉換器噪聲之間的比較。
ADC的噪聲指數(shù)公式:NF = Pfs(dBm)+ 174dBm – SNR – 10*log (BW),其中Pfs=所用輸入網絡的滿量程功率。
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