计算ADC噪声系数需知.doc

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1、计算ADC噪声系数需知　　当RF工程师首次计算哪怕是最好的低噪声高速ADC的噪声系数时，结果也可能相对高于典型RF增益模块、低噪声放大器等器件的噪声系数。为了正确解读结果，需要了解ADC在信号链中的位置。因此，当处理ADC的噪声系数时，务必小心谨慎。　　ADC噪声系数定义　　图1显示了用于定义ADC噪声系数的基本模型。噪声因数F指的是ADC的总有效输入噪声功率与源电阻单独引起的噪声功率之比。由于阻抗匹配，因此可以用电压噪声的平方来代替噪声功率。噪声系数NF是用dB表示的噪声因数，NF=10log10F。　　　　图1：ADC的噪声系数：小心为妙！　　该模型假设ADC的输入来自一个电阻为R的信号源

2、，输入带宽以fs/2为限，输入端有一个噪声带宽为fs/2的滤波器。还可以进一步限制输入信号的带宽，产生过采样和处理增益，稍后将讨论这种情况。该模型还假设ADC的输入阻抗等于源电阻。许多ADC具有高输入阻抗，因此该端接电阻可能位于ADC外部，或者与内部电阻并联使用，产生值为R的等效端接电阻。　　ADC噪声系数推导过程　　满量程输入功率是指峰峰值幅度恰好填满ADC输入范围的正弦波的功率。下式给出的满量程输入正弦波具有2VO的峰峰值幅度，对应于ADC的峰峰值输入范围：　　　　该正弦波的满量程功率为：　　ADC噪声系数推导过程　　满量程输入功率是指峰峰值幅度恰好填满ADC输入范围的正弦波的功率。下式给

3、出的满量程输入正弦波具有2VO的峰峰值幅度，对应于ADC的峰峰值输入范围：　　　　该正弦波的满量程功率为：　　　　通常将此功率表示为dBm（以1mW为基准）：　　　　对滤波器的噪声带宽B需要加以进一步的讨论。非理想砖墙滤波器的噪声带宽指的是让相同的噪声功率通过时，理想砖墙滤波器所需的带宽。因此，一个滤波器的噪声带宽始终大于其3dB带宽，二者之比取决于滤波器截止区的锐度。图2显示了最多5极点的巴特沃兹滤波器的噪声带宽与3dB带宽的关系。注意：对于2极点，噪声带宽与3dB带宽相差11%；超过2极点后，二者基本相等。　　　　图2：巴特沃兹滤波器的噪声带宽与3dB带宽的关系　　NF计算的第一步是根据A

4、DC的SNR计算其有效输入噪声。ADC数据手册给出了不同输入频率下的SNR，确保使用与目标IF输入频率相对应的值。此外还应确保SNR数值中不包括基波信号的谐波，有些ADC数据手册可能将SINAD与SNR混为一谈。知道SNR后，就可以从下式开始计算等效输入均方根电压噪声：　　　　这是在整个奈奎斯特带宽（DC至fs/2）测得的总有效输入均方根噪声电压，注意该噪声包括源电阻的噪声。下一步是实际计算噪声系数。在图3中，注意源电阻引起的输入电压噪声量等于源电阻√（4kTBR）的电压噪声除以2，即√（kTBR），这是因为ADC输入端接电阻形成了一个2:1衰减器。　　噪声因数F的表达

5、式可以写为：　　　　将F转化为dB并简化便可得到噪声系数：　　　　其中，SNR的单位为dB，B的单位为Hz，T=300K，k=1.38&TImes;10–23J/K。　　　　图3：根据SNR、采样速率和输入功率求得的ADC噪声系数　　过采样和数字滤波会产生处理增益，从而降低噪声系数，这已在上文中说明。对于过采样，信号带宽B低于fs/2。图4给出了校正因数，因而噪声系数的计算公式变为：　　　　图4：过采样和处理增益对ADC噪声系数的影响　　16位、80/100MSPSADCAD9446的计算示例　　　　图5显示了16位、80/105MSPSADCAD9446的NF计算示例。一个52.3Ω电阻与A

6、D9446的1kΩ输入阻抗并联，使得净输入阻抗等于50Ω。ADC在奈奎斯特条件下工作，82dB的SNR是利用上式8进行计算的基础，得到噪声系数为30.1dB。　　图5：16位80/100MSPSADCAD9446在奈奎斯特条件下工作的噪声系数计算示例