Когато проектирате с аналогово-цифров преобразувател (ADC), лесно е погрешно да повярвате, че намаляването на входния сигнал, за да отговаря на пълния обхват на ADC, ще доведе до значително намаляване на съотношението сигнал / шум (SNR ).
Системните дизайнери, които трябва да се справят с широки колебания на напрежението, са особено загрижени за това. В допълнение, в сравнение с ADC, захранвани от по-високо напрежение, ADC, захранвани от ниски напрежения (5V или по-ниски), са по-разнообразни.
По-високото напрежение обикновено води до по-голяма консумация на енергия и по-сложно оформление на платката (например, изискват се повече разединителни кондензатори).
Много сигнали, генерирани от сензори или системи, са биполярни сигнали с високо напрежение (като широко използвания сигнал ± 10V). Има обаче много прости начини за предаване на този сигнал през ADC; могат да се използват и различни интегрирани ADC решения за високо напрежение: той може да се справи с този голям мащабен входен сигнал, без да жертва SNR. Тези решения изискват много високо захранващо напрежение, за да отговорят на изискванията за входния обхват, а тяхната консумация на енергия също е доста голяма (Фигура 1). Тези ADC с високо напрежение също така ограничават избора на решения за кондициониране на сигнала (op amp). Ако трябва да се мултиплексира сигналът с комбинация от входове за високо и ниско напрежение, системните разходи ще се увеличат значително (Фигура 2).
Можете също да използвате входния усилвател, за да мащабирате сигнала, за да съответства на пълния обхват на входния диапазон на ADC с ниско напрежение. Тази схема за кондициониране на сигнала може да бъде свързана към мултиплексиран вход, така че всички сигнали да могат да бъдат в съответствие с обхвата на ADC (Фигура 3).
Когато се използва усилвател за мащабиране на напрежението на сигнала, шумът се отнася към входа на усилвателя. Понастоящем има два основни източника на шум: входният референтен шум на самия усилвател и намаленият входен референтен шум на ADC. Тези два източника на шум се комбинират в квадратичен термин. В допълнение, шумът на усилвателя също се филтрира от входната честотна лента на ADC и филтъра за сглаждане между усилвателя и ADC входа, вижте Фигура 4.
Фигура 4: Усилвателят за увеличение увеличава шума, но шумът се филтрира от RC веригата и входната мрежа на ADC.
Формулата за изчисление на системния SNR (входен терминал на усилвателя) е:
Където: VnADC е входният RMS шум на ADC; VnOPA е входният референтен шум на усилвателя (X пъти референтния вход) = еднополюсна -3dB честота.
Предвид пълния обхват на ADC, входния референтен шум на ADC и коефициента на мащаба на усилвателя, има две променливи, които ще повлияят на целта за намаляване на загубите на SNR: честотата на прекъсване на филтъра и входния референтен шум на усилвателя.
Ако източникът на сигнал има нискочестотни компоненти, филтърът може да бъде проектиран така, че усилвателят да може да толерира по-голям входящ шум (по-високият входящ шум обикновено е свързан с по-ниската консумация на енергия и разходите). Ако ADC ограничава честотната лента на системата, усилвателят трябва да има достатъчно нисък входен референтен шум, за да контролира загубата на SNR в приемлив диапазон.
Например, при даден входен сигнал ± 10V и 5VP-P ADC в пълен обхват със SNR от 92dB, коефициентът на мащаба (съотношението на входа към пълния обхват) е 4. Референтният шум на входния ADC в листът с данни е 44.4 nV RMS. Ако приемем, че граничната честота на филтъра е 10kHz и входният референтен шум на усилвателя е 10nV / (Hz) 1/2, SNR загубата е: SNR (загуба) = 0.035dB.
Ако няма филтър и се приема, че честотната лента на ADC е 10MHz, за да се постигне същата SNR загуба, необходимият референтен шум на входа става 0.3nV / (Hz) 1/2. Това изискване е много стриктно.
За ADC със същата честотна лента от 10MHz, ако SNR (загуба) = 0.5dB е необходимо, изискването за шум на усилвателя е 4nV / (Hz) 1/2, което е относително лесно за изпълнение.
Следователно, ако са дадени честотната лента на системата и допустимите SNR загуби, добавянето на пропорционален усилвател за преобразуване на сигнала за високо напрежение в ADC с ниско напрежение в пълния обхват ще бъде напълно осъществимо решение. Когато подава множество сигнали с различни амплитуди на люлеене към мултиплексиран ADC с ниско напрежение, това решение може да постигне икономична система.
Нашата друг продукт:
