简介
在许多运用中，模仿前端接纳单端或差分信号，并履行所需的增益或衰减、抗混叠滤涉及电平转化，之后在满量程电平下驱动ADC输入端。本文讨论精细数据收集信号链的噪声剖析，并深入研究这种信号链的总噪声奉献。
如图1所示，低功耗、低噪声、全差分扩大器ADA4940-1驱动差分输入、18位、1 MSPS PulSAR® ADC AD7982，一起低噪声精细5 V基准电压源ADR435用来供给ADC所需的5 V电源。此信号链无需额定驱动器级和基准电压缓冲器，简化了模仿信号调度，可节约电路板空间和本钱。一个单极点截止频率2.7 MHz RC(22 Ω，2.7 nF)低通滤波器放在ADC驱动器输出和ADC输入之间，有助于约束ADC输入端噪声，并削减来自逐次迫临型(SAR) ADC输入端容性DAC的反冲。
图1.低功耗全差分18位1 MSPS数据收集信号链(简化示意图：未显现一切衔接和去耦)。
ADA4940-1用作ADC驱动器时，用户能够进行必要的信号调度，包含对信号施行电平转化和衰减或扩大，以便运用四个电阻完成更大动态规模，然后不再需求额定的驱动器级。选用反应电阻(R2 = R4)对增益电阻(R1 = R3)之比设置增益，其间R1 = R2 = R3 = R4 = 1 kΩ。
关于平衡差分输入信号，等效输入阻抗为2×增益电阻(R1或R3) = 2 kΩ，关于非平衡(单端)输入信号，等效阻抗依据下式核算，约为1.33 kΩ
假如需求能够在输入端并联一个终端电阻。
ADA4940-1内部共模反应环路强制共模输出电压等于施加到VOCM输入的电压，一起供给超卓的输出平衡。当两个反应系数(β1和β2)不相等时，差分输出电压取决于VOCM;此刻，输出起伏或相位的任何不平衡都会在输出端发生不良共模成分，导致差分输出中有冗余噪声和失调。因而，在这种情况下(即，β1 = β2)，输入源阻抗和R1 (R3)的组合应等于1 kΩ，以避免各输出信号的共模电压失配，并避免ADA4940-1的共模噪声添加。
信号在印刷电路板(PCB)的走线以及长电缆中传输时，体系噪声会叠加到信号中，差分输入ADC会按捺信号噪声，并表现为一个共模电压。
这款18位1 MSPS数据收集体系的预期信噪比(SNR)理论值可通过每个噪声源(ADA4940-1、ADR435和AD7982)的和方根(RSS)核算得到。
ADA4940-1在100 kHz时的低噪声功能典型值为3.9 nV/√Hz，如图2所示。
图2.ADA4940输入电压噪声频谱密度和频率的联系。
有必要核算差分扩大器的噪声增益，以便找到等效输出噪声奉献。
差分扩大器的噪声增益为：
其间
以及
是两个反应系数。
应当考虑下列差分扩大器噪声源：
由于ADA4940-1输入电压噪声为3.9 nV/√Hz，其差分输出噪声应当为7.8 nV/√Hz。ADA4940-1数据手册中的共模输入电压噪声(eOCM)为83 nV/√Hz，因而其输出噪声为
给定带宽条件下，R1、R2、R3和R4电阻噪声可依据约翰逊-奈奎斯特噪声方程核算：
其间kB是玻尔兹曼常数(1.38065 × 10 – 23 J/K)，T为电阻绝对温度(开尔文)，而R为电阻值(Ω)。
来自反应电阻的噪声为：
来自R1的噪声为：
来自R3的噪声为：
ADA4940-1数据手册中的电流噪声为0.81 pA/√Hz。
反相输入电压噪声：
同相输入电压噪声：
因而，来自ADA4940的等效输出噪声奉献为：
(RC滤波器之后)的ADC输入端总积分噪声为：
AD7982的均方根噪声可依据5 V基准电压源情况下的典型信噪比(SNR，98 dB)核算得到。
依据这些数据，ADC驱动器和ADC的总噪声奉献为
留意，本例中疏忽来自ADR435基准电压源的噪声奉献，由于它十分小。
因而，数据收集体系的理论SNR可依据下式近似核算。
图3.FFT曲线图，fIN = 1 kHz，FS = 1 MSPS (将ADA4940-1装备满足差分驱动器)。
AD7982在1 kHz输入信号时，SNR典型值为96.67 dB，THD典型值为-111.03 dB，如图3中的FFT功能所示。这种情况下测得的SNR为96.67 dB，十分挨近上文中的96.95 dB SNR理论预算值。数据手册中98 dB的方针SNR的实践损耗由来自ADA4940-1差分扩大器电路的等效输出噪声奉献所导致。
针对给定运用挑选ADC驱动器以驱动SAR ADC时，噪声是一个重要标准，具体查阅带宽、树立时刻、输入和输出上裕量/下裕量以及功耗要求也很重要。有关驱动高分辨率精细PulSAR ADC的引荐扩大器的更多信息，请参阅ADI公司ADC驱动器选型攻略。若要规划差分扩大器电路，请下载免费且直观易用的ADI公司DiffAmpCalc™东西。
作者简介
Maithil Pachchigar是ADI公司马萨诸塞州威明顿ADI仪器仪表、航空航天与防务业务部的运用工程师。2010年参加ADI公司以来，他致力于仪器仪表、工业、医疗健康和能源职业的精细ADC产品系列作业和客户支撑。自2005年以来，Maithil一直在半导体职业作业，并已宣布多篇技术文章。Maithil于2003年获印度S.V.国家技术学院电子工程学学士学位，2006年获圣何塞州立大学的电气工程硕士学位，
2010年获硅谷大学MBA学位。联系方式：maithil.pachchigar@analog.com。
