Când proiectați cu un convertor analog-digital (ADC), este ușor să credeți din greșeală că reducerea semnalului de intrare pentru a atinge gama completă a ADC va provoca o scădere semnificativă a raportului semnal-zgomot (SNR) ).
Proiectanții de sisteme care trebuie să se ocupe de oscilații de tensiune largă sunt deosebit de îngrijorați de acest lucru. În plus, comparativ cu ADC-urile alimentate cu tensiuni mai mari, ADC-urile alimentate cu tensiuni reduse (5V sau mai mici) sunt mai diverse.
Alimentarea cu tensiune mai mare duce de obicei la un consum mai mare de energie și la un aspect mai complicat al plăcilor de circuite (de exemplu, sunt necesare mai multe condensatoare de decuplare).
Multe semnale generate de senzori sau sisteme sunt semnale bipolare de înaltă tensiune (cum ar fi semnalul utilizat pe scară largă ± 10V). Cu toate acestea, există multe modalități simple de a trece acest semnal prin ADC; pot fi folosite și diverse soluții ADC integrate de înaltă tensiune: poate gestiona acest semnal de intrare pe scară largă fără a sacrifica SNR. Aceste soluții necesită o tensiune de alimentare foarte mare pentru a îndeplini cerințele domeniului de intrare, iar consumul lor de energie este, de asemenea, destul de mare (Figura 1). Aceste ADC de înaltă tensiune restrâng și selecția soluțiilor de condiționare a semnalului (amplificator op). Dacă semnalul trebuie multiplexat cu o combinație de intrări de înaltă și joasă tensiune, costul sistemului va crește semnificativ (Figura 2).
De asemenea, puteți utiliza amplificatorul de intrare pentru a scala semnalul pentru a se potrivi cu gama de intrare la scară completă a ADC de joasă tensiune. Acest circuit de condiționare a semnalului poate fi conectat la o intrare multiplexată, astfel încât toate semnalele să poată fi în linie cu gama ADC (Figura 3).
Când se utilizează un amplificator pentru scalarea tensiunii de semnal, zgomotul este trimis la intrarea amplificatorului. În acest moment, există două surse principale de zgomot: zgomotul de referință de intrare al amplificatorului în sine și zgomotul de referință de intrare redus al ADC. Aceste două surse de zgomot sunt combinate într-un termen pătratic. În plus, zgomotul amplificatorului este, de asemenea, filtrat de lățimea de bandă de intrare a ADC și de filtrul anti-aliasing între amplificator și intrarea ADC, vezi Figura 4.
Figura 4: Amplificatorul de zoom introduce zgomot, dar zgomotul este filtrat de circuitul RC și de rețeaua de intrare a ADC.
Formula de calcul a sistemului SNR (terminal de intrare a amplificatorului) este:
Unde: VnADC este zgomotul de intrare RMS al ADC; VnOPA este zgomotul de referință de intrare al amplificatorului (de X ori referința de intrare) = frecvență unipolar -3dB.
Având în vedere gama completă a ADC, zgomotul de referință de intrare ADC și factorul de scară al amplificatorului, există două variabile care vor afecta obiectivul reducerii pierderilor SNR: frecvența de întrerupere a filtrului și zgomotul de referință de intrare al amplificatorului.
Dacă sursa de semnal are componente cu frecvență joasă, un filtru poate fi proiectat astfel încât amplificatorul să poată tolera zgomot de intrare mai mare (zgomotul de intrare mai mare este de obicei legat de consumul și costul mai mic de energie). Dacă ADC limitează lățimea de bandă a sistemului, amplificatorul trebuie să aibă un zgomot de referință de intrare suficient de scăzut pentru a controla pierderea SNR într-un interval acceptabil.
De exemplu, având în vedere un semnal de intrare de ± 10V și un ADC cu gamă completă de 5VP-P cu un SNR de 92dB, factorul de scală (raportul dintre intrare și gama completă) este 4. Zgomotul de referință al intrării ADC în foaia tehnică este de 44.4 nV RMS. Presupunând că frecvența de întrerupere a filtrului este de 10kHz și zgomotul de referință de intrare al amplificatorului este de 10nV / (Hz) 1/2, pierderea SNR este: SNR (pierdere) = 0.035dB.
Dacă nu există filtru și se presupune că lățimea de bandă ADC este de 10 MHz, pentru a obține aceeași pierdere SNR, zgomotul de referință de intrare necesar devine 0.3nV / (Hz) 1/2. Această cerință este foarte strictă.
Pentru un ADC cu aceeași lățime de bandă de 10MHz, dacă este permisă SNR (pierdere) = 0.5dB, cerința de zgomot a amplificatorului este de 4nV / (Hz) 1/2, ceea ce este relativ ușor de implementat.
Prin urmare, dacă se oferă lățimea de bandă a sistemului și pierderea SNR admisibilă, adăugarea unui amplificator proporțional pentru a converti semnalul de înaltă tensiune într-un ADC de joasă tensiune în gama completă va fi o soluție complet fezabilă. Când alimentați mai multe semnale cu amplitudini de swing diferite la un ADC multiplexat de joasă tensiune, această soluție poate realiza un sistem rentabil.
alt produs nostru:
