任何高分辩率信号链规划的根本应战之一是保证体系本底噪声足够低，以便模数转化器(ADC)可以分辩您感兴趣的信号。例如，假如您挑选德州仪器ADS1261(一个24位低噪声Δ-ΣADC)，您可在2.5
SPS下解析输入低至6 nVRMS，增益为128 V / V的信号。
可是，从体系的视点来看，您需求忧虑的不仅仅是ADC噪声——究竟一切组件(包含放大器、电压基准、时钟和电源)都会发生一些噪声——这些器材对体系噪声的累积影响是什么?更重要的是，您的体系可以处理您感兴趣的信号吗?
为助您更好地了解体系噪声并将这些常识应用到您的规划中，我最近撰写了一篇名为“处理信号”的技术文章系列。该系列探讨了典型信号链中的常见噪声源，并经过下降噪声和坚持高精度丈量的办法辅佐了解。
以下是该系列中10个最要害的问题和答案，可帮助您开始运用精细ADC进行规划。
1.您将在ADC中发现何种类型的噪声?
总ADC噪声有两个首要组成部分：量化噪声和热噪声。量化噪声来自将无限数量的模仿电压映射到有限数量的数字代码的进程(图1左边)。因而，任何单个数字输出都可对应于数个模仿输入电压，这些电压或许相差一半的最低有用位(LSB)。
因为电导体内电荷的物理移动(图1右侧)，热噪声是一切电子元件中固有的现象。不幸的是，ADC终端用户不能干与器材的热噪声，因为它是ADC规划的一个功用。
图 1：量化噪声(左)和热噪声(右)
热噪声和量化噪声是否相同影响低分辩率和高分辩率ADC?阅览第1部分“Δ-Σ ADC中的噪声简介了解相关信息”。
2.怎么丈量和指定ADC噪声?
ADC制造商运用两种办法来丈量ADC噪声。榜首种办法将ADC的输入短接在一同，以丈量因为热噪声导致的输出代码的细小改变。第二种办法触及输入具有特定起伏和频率的正弦波(例如1kHz下为1
VPP)并陈述ADC怎么量化正弦波。图2展现了这些类型的噪声丈量。
图 2：正弦波输入测验设置(左)和输入短路测验设置(右)
每类ADC运用哪种丈量办法?请阅览第2部分中有关噪声丈量办法和标准的更多信息。
3.用于体系噪声剖析的最佳噪声参数是多少?
关于ADC噪声剖析，我主张运用输入参阅噪声。我加粗此短语，因为运用输入参阅噪声来界说ADC功能并不常见。实践上，大多数工程师只议论相关参数，例如有用和无噪声的分辩率，而当他们无法最大化这些值时会深感忧虑。究竟，假如您仅仅运用24位ADC来完成16位ADC的有用分辩率，感觉就像您在为实践不会运用的ADC功能而买单。
可是，16位ADC的有用分辩率并不一定能奉告您ADC将运用多大的满量程规模(FSR)。也就是说，您或许只需求16位有用分辩率，但假如最小输入信号为50
nV，则无法运用16位ADC来处理问题。因而，高分辩率Δ-ΣADC的真实优点是它可以供给的低输入参阅噪声水平。这并不意味着有用的处理方案并不重要 –
仅仅它不是参数化体系的最佳办法。
第3部分运用无噪声分辩率和输入参阅噪声界说体系噪声参数的规划实例进一步选用这些要求。哪一种可以完成最快、适应性最强的处理方案?阅览文章发现答案。
4.什么是ENBW，为什么它很重要?
在一般信号处理术语中，滤波器的有用噪声带宽(ENBW)是抱负的实践滤波器的截止频率fc，其噪声功率近似等于原始滤波器的噪声功率H(f)。
作为类比，您可考虑一下在冰冷的夜晚您家中的状况。为下降动力本钱并节约资金，您需求尽或许地封闭门窗以约束进入的冷空气量。在这种状况下，您的家是体系，您的门窗是滤波器，冷空气是噪声，ENBW是衡量您的门窗是怎么翻开(或封闭)的。空隙越大(ENBW)，进入家中(体系)的冷空气(噪声)越多，反之亦然，如图3所示。
图 3：宽ENBW会发生更多噪声(左);窄ENBW发生更少噪声(右)
哪些体系组件对ENBW有奉献?阅览第4部分以了解更多信息。
5.您怎么核算体系的噪声带宽?
假如您的信号链有多个滤波器组件，则有必要经过组合信号链中的一切下流滤波器来核算每个组件的ENBW。要组合滤波器，请将它们制作为起伏(以分贝为单位)与频率的联系，然后逐点增加。
例如，要核算图4中放大器的噪声奉献，您有必要将放大器的带宽与抗混叠滤波器、ADC的数字滤波器和任何后处理滤波器相结合。在这种状况下，您可疏忽电磁搅扰(EMI)滤波器，因为它相关于放大器坐落上游。
图 4：显现多个滤波源的典型信号链
这或许很杂乱，请阅览第5部分学习ENBW近似办法以简化剖析。
6.假如将外部放大器增加到ADC的输入端，这会怎么影响体系噪声功能?
经过将ADC和放大器与各自的噪声源分隔可更轻松地进行噪声剖析。在这种状况下，您可将体系建模为无噪声放大器和无噪声ADC，前置条件是电压源等于两者的输入参阅噪声，如图5所示。
图5：“无噪声”ADC和放大器经过参阅输入总噪声前置
不幸的是，测得的输出噪声有必要从头参阅输入，因为输入参阅噪声是大多数ADC数据手册中运用的标准。假定放大器和ADC噪声不相关，请选用两个值的和方根(RSS)来确认总输出参阅噪声。您还需求经过放大器的增益GAMP来调整放大器噪声。公式1所示为得出的输出参阅噪声：
怎么将其转化为输入参阅噪声?增益份额因子GAMP的成果是什么?阅览第6部分以了解相关信息。
7.是否存在增益过多的状况?
在第七系列文章中，我查看了一个示例，该示例在ADS1261的输入端增加了多个外部放大器，并丈量了终究的噪声功能。然后，我运用其集成的可编程增益放大器将这些组合与ADS1261的基线噪声功能进行了比较。为了更简单比较，我在每种组合的不同增益设置下制作了噪声，这供给了有关将外部放大器增加到精细ADC怎么影响功能以及功能怎么随增益改变的数个见地。图6描绘了该示例。
图 6：依据增益比较不同放大器的噪声功能与和ADS1261的联系
这个示例和图6图表有哪些要害要害?阅览第7部分“放大器噪声对Δ-Σ ADC的影响”了解更多信息。
8.怎么核算传入体系的参阅噪声量?
参阅噪声最风趣的特征之一是它会跟着您运用的ADC FSR的巨细呈现线性改变：假如输入信号十分小，则不会观察到太多参阅噪声 –
因而或许会运用较大噪声进行参阅。或许，假如输入信号大于中刻度，则可预期参阅噪声占主导地位。在这种状况下，请一直保证ADC噪声和参阅噪声具有可比性。图7定性地制作了作为FSR利用率函数的参阅噪声、ADC噪声和总噪声。
图7：作为FSR利用率函数的参阅噪声、ADC噪声和总噪声
这个图上的要害点 – A、B和C代表什么?更改输入信号与更改体系增益怎么会影响参阅噪声?在第8部分中找到这些问题的答案。
9.怎么削减传入体系的参阅噪声量?
削减传入体系的参阅噪声量的一种常用办法是约束体系的全体ENBW，这可经过下降ADC的输出数据速率来完成。图8所示为下降ADC输出数据速率怎么一起下降ADC噪声和参阅噪声。例如，在ENBW
= 0.6 Hz(左)和ENBW = 96 Hz(右)之间，100%利用率下的参阅噪声下降了2.3倍，而ADC噪声下降了10倍，远远少于总噪音。
图 8：约束ENBW可下降总噪声：0.6 Hz(左)、24 Hz(中)、96 Hz(右)
阅览第9部分了解参阅装备怎么削减传入体系的参阅噪声量。
10.时钟会影响ADC的噪声功能吗?
尽管咱们希望ADC的采样周期彻底稳定，但总会有一些与抱负值的误差。“时钟颤动”是指时钟波形从一个周期到下一个周期的边缘改变。因为一切ADC都运用时钟边缘来操控采样点，因而时钟边缘改变会在采样实例中发生误差。该误差导致在转化成果中呈现的非稳定采样频率成为另一噪声源。图9所示为正弦输入信号上的时钟颤动引起的采样边缘改变。
图 9：时钟信号显现由颤动引起的采样边缘改变
了解时钟怎么导致其他毛病，以及下降因时钟颤动引起的体系噪声的办法，请阅览第10部分。
尽管这些是“处理信号”系列中答复的一些最重要的问题，但我还介绍了更多主题和示例，以帮助您从高分辩率Δ-Σ ADC信号链中取得最佳噪声功能。
