Vid design med en analog-till-digital-omvandlare (ADC) är det lätt att felaktigt tro att minskning av ingångssignalen för att möta ADC: s hela skala kommer att orsaka en signifikant minskning av signal-brusförhållandet (SNR ).
Systemdesigners som behöver hantera bredspänningssvängningar är särskilt bekymrade över detta. Dessutom, jämfört med ADC som drivs av högre spänningar, är ADC som drivs av låga spänningar (5V eller lägre) mer varierande.
Högre spänningsförsörjning leder vanligtvis till högre strömförbrukning och mer komplicerad kretskortlayout (till exempel krävs fler frikopplingskondensatorer).
Många signaler som genereras av sensorer eller system är bipolära högspänningssignaler (såsom den allmänt använda ± 10V-signalen). Det finns dock många enkla sätt att skicka denna signal genom ADC; olika integrerade högspännings ADC-lösningar kan också användas: den kan hantera denna stora fullskaliga insignal utan att offra SNR. Dessa lösningar kräver en mycket hög matningsspänning för att uppfylla kraven på ingångsområdet, och deras energiförbrukning är också ganska stor (Figur 1). Dessa högspännings-ADC: er begränsar också urvalet av signalkonditioneringslösningar. Om signalen måste multiplexeras med en kombination av högspännings- och lågspänningsingångar kommer systemkostnaden att öka avsevärt (figur 2).
Du kan också använda ingångsförstärkaren för att skala skalan för att matcha hela skalans ingångsområde för lågspännings-ADC. Denna signalkonditioneringskrets kan anslutas till en multiplexad ingång så att alla signaler kan vara i linje med ADC-området (Figur 3).
När man använder en förstärkare för signalskalningsskalning hänvisas bruset till förstärkarens ingång. Vid denna tidpunkt finns det två huvudbruskällor: ingångsreferensbruset hos själva förstärkaren och ADC: s reducerade ingångsreferensbrus. Dessa två bruskällor kombineras i en kvadratisk term. Dessutom filtreras ljudet från förstärkaren också av ADC: s ingångsbandbredd och anti-aliasing-filtret mellan förstärkaren och ADC-ingången, se figur 4.
Figur 4: Zoomförstärkaren introducerar brus, men bruset filtreras av RC-kretsen och ADC: s ingångsnätverk.
Beräkningsformeln för system SNR (förstärkaringång) är:
Var: VnADC är ingångs-RMS-bruset från ADC; VnOPA är ingångsreferensbruset hos förstärkaren (X gånger ingångsreferensen) = enpolig -3dB-frekvens.
Med tanke på ADC-, ADC-ingångsreferensbruset och förstärkarens skalfaktor i full skala finns det två variabler som påverkar målet för SNR-förlustreduktion: filterets avstängningsfrekvens och förstärkarens ingångsreferensbrus.
Om signalkällan har lågfrekventa komponenter kan ett filter utformas så att förstärkaren tål större ingångsbrus (högre ingångsbrus är vanligtvis relaterat till lägre strömförbrukning och kostnad). Om ADC begränsar systemets bandbredd, måste förstärkaren ha tillräckligt låg ingångsreferensbrus för att kontrollera SNR-förlusten inom ett acceptabelt intervall.
Till exempel, med tanke på en ± 10V insignal och en 5VP-P fullskalig räckvidd ADC med en SNR på 92dB, är skalningsfaktorn (förhållandet mellan ingången och fullskalningsområdet) 4. ADC-ingångens referensbrus i databladet är 44.4 nV RMS. Förutsatt att filterens avstängningsfrekvens är 10 kHz och förstärkarens ingångsreferensbrus är 10 nV / (Hz) 1/2, är SNR-förlusten: SNR (förlust) = 0.035 dB.
Om det inte finns något filter och ADC-bandbredden antas vara 10 MHz, för att uppnå samma SNR-förlust blir det nödvändiga ingångsreferensbruset 0.3 nV / (Hz) 1/2. Detta krav är mycket strikt.
För en ADC med samma bandbredd på 10 MHz, om SNR (förlust) = 0.5 dB tillåts, är förstärkarens ljudkrav 4nV / (Hz) 1/2, vilket är relativt enkelt att implementera.
Därför, om systemets bandbredd och tillåten SNR-förlust ges, är det en helt genomförbar lösning att lägga till en proportionell förstärkare för att konvertera högspänningssignalen till en lågspännings-ADC i fullskalaområdet. När du matar flera signaler med olika svängamplituder till en multiplexad lågspännings-ADC kan denna lösning uppnå ett kostnadseffektivt system.
Vår andra produkt:
