当RF工程师初次核算哪怕是最好的低噪声高速ADC的噪声系数时，成果也或许相对高于典型RF增益模块、低噪声放大器等器材的噪声系数。为了正确解读成果，需求了解ADC在信号链中的方位。因而，当处理ADC的噪声系数时，有必要当心翼翼。
ADC噪声系数界说
图1显现了用于界说ADC噪声系数的根本模型。噪声因数F指的是ADC的总有用输入噪声功率与源电阻独自引起的噪声功率之比。由于阻抗匹配，因而能够用电压噪声的平方来替代噪声功率。噪声系数NF是用dB表明的噪声因数，NF = 10log10F。
图1：ADC的噪声系数：当心为妙！
该模型假定ADC的输入来自一个电阻为R的信号源，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。还能够进一步约束输入信号的带宽，发生过采样和处理增益，稍后将评论这种状况。该模型还假定ADC的输入阻抗等于源电阻。许多ADC具有高输入阻抗，因而该端接电阻或许坐落ADC外部，或许与内部电阻并联运用，发生值为R的等效端接电阻。
ADC噪声系数推导进程
满量程输入功率是指峰峰值起伏刚好填满ADC输入规模的正弦波的功率。下式给出的满量程输入正弦波具有2VO的峰峰值起伏，对应于ADC的峰峰值输入规模：
该正弦波的满量程功率为：
ADC噪声系数推导进程
满量程输入功率是指峰峰值起伏刚好填满ADC输入规模的正弦波的功率。下式给出的满量程输入正弦波具有2VO的峰峰值起伏，对应于ADC的峰峰值输入规模：
该正弦波的满量程功率为：
一般将此功率表明为dBm（以1 mW为基准）：
对 滤波器的噪声带宽B需求加以进一步的评论。非抱负砖墙滤波器的噪声带宽指的是让相同的噪声功率经过期，抱负砖墙滤波器所需的带宽。因而，一个滤波器的噪声 带宽一直大于其3 dB带宽，二者之比取决于滤波器截止区的锐度。图2显现了最多5极点的巴特沃兹滤波器的噪声带宽与3 dB带宽的联系。留意：关于2极点，噪声带宽与3 dB带宽相差11%；超越2极点后，二者根本持平。
图2：巴特沃兹滤波器的噪声带宽与3dB带宽的联系
NF核算的榜首步是依据ADC的SNR核算其有用输入噪声。ADC数据手册给出了不同输入频率下的SNR，保证运用与方针IF输入频率相对应的值。此外还应确 保SNR数值中不包含基波信号的谐波，有些ADC数据手册或许将SINAD与SNR相提并论。知道SNR后，就能够从下式开端核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）测得的总有用输入均方根噪声电压，留意该噪声包含源电阻的噪声。下一步是实践核算噪声系数。在图3中，留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），这是由于ADC输入端接电阻形成了一个2:1衰减器。
噪声因数F的表达式能够写为：
将F转化为dB并简化便可得到噪声系数：
其间，SNR的单位为dB，B的单位为Hz，T = 300 K，k = 1.38 × 10–23 J/K。
图3：依据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发生处理增益，然后下降噪声系数，这已在上文中阐明。关于过采 样，信号带宽B低于f s /2。图4给出了校对因数，因而噪声系数的核算公式变为：
图4：过采样和处理增益对ADC噪声系数的影响
16位、80/100 MSPS ADC AD9446的核算示例
图 5显现了16位、80/105 MSPS ADC AD9446的NF核算示例。一个52.3 Ω电阻与AD9446的1 kΩ输入阻抗并联，使得净输入阻抗等于50 Ω。ADC在奈奎斯特条件下作业，82 dB的SNR是使用上式8进行核算的根底，得到噪声系数为30.1 dB。
图5：16位80/100 MSPS ADC AD9446 在奈奎斯特条件下作业的噪声系数核算示例
使用RF变压器改进ADC噪声系数#e#
图 6显现了怎么使用具有电压增益的RF变压器来改进噪声系数。图6A中的变压器匝数比为1:1，噪声系数（来自图5）为30.1 dB。图6B中的变压器匝数比为1:2。249 Ω电阻与AD9446内部电阻并联，发生200 Ω的净输入阻抗。由于变压器的“无噪声”电压增益，噪声系数下降6 dB。
图6C中的变压器匝数比为1:4。AD9446输入端与一个4.02 kΩ电阻并联，使得净输入阻抗为800 Ω。噪声系数又下降6 dB。理论上，匝数比越高，则改进起伏越大，但由于带宽和失真约束，更高匝数比的变压器一般并不可行。
图6：使用RF变压器改进ADC全体噪声系数
级联噪声系数
即便选用匝数比为1:4的变压器，AD9446的全体噪声系数也有18.1 dB，依照RF规范，这一数值依然较高。应当留意，AD9446 ADC的82 dB SNR代表了超卓的噪声功能，体系使用的解决办法是在ADC之前供给低噪声高增益级。在一个典型接收机中，ADC之前至少有一个低噪声放大器（LNA）和 混频级，它能供给足够高的信号增益，然后将ADC对体系全体噪声系数的影响降至最低。
这能够经过图7来阐明，其间显现了怎么使用Friis等式来核算级联增益级的噪声因数。留意，榜首级的高增益下降了第二级噪声因数的影响，因而榜首级的噪声因数在全体噪声系数中占主导地位。
图7：使用Friis等式核算级联噪声系数
图8显现了置于一个相对较高NF级（30 dB）之前的一个高增益（25 dB）低噪声（NF = 4 dB）级的影响，第二级的噪声系数是高功能ADC的典型噪声系数。全体噪声系数为7.53 dB，仅比榜首级噪声系数（4 dB）高3.53 dB。
图8：双级级联网络示例
结束语
使用噪声系数概念来表征宽带ADC时，有必要特别当心，避免得出令人误解的成果。企图简略地经过改动等式中的值来下降噪声系数或许会拔苗助长，导致电路总噪声进步。
例 如，依据以上等式，NF跟着源电阻的添加而下降，但添加源电阻会进步电路噪声。另一个比如与ADC的输入带宽B有关。依据等式，进步B会下降NF，但这显 然是彼此对立的，由于进步ADC输入带宽实践上会进步有用输入噪声。在以上两个比如中，电路总噪声进步，但NF下降。NF下降的原因是源电阻或带宽进步 时，信号源噪声占总噪声中的较大部分。但是，总噪声坚持相对安稳，由于ADC引起的噪声远大于信号源噪声。因而，依据等式，NF下降，但实践电路噪声提 高。
有鉴于此，当处理ADC时，有必要当心处理NF。使用本文中的等式能够获得有用的成果，但假如不全面了解其间涉及到的噪声原理，这些等式或许会令人误解。从孤立的视点看，即便是低噪声ADC，其噪声系数也会相对高于LNA或混频器等其它RF器材。但是，在实践的体系使用中，ADC前方至少会放置一个低噪声增益模块，依据Friis等式（见图8），它会把ADC的总噪声奉献降至十分低的水平。
