噪声系数(NF)是RF体系规划师常用的一个参数，它用于表征RF放大器、混频器等器材的噪声，并且被广泛用作无线电接收机规划的一个东西。许多优异的通讯和接收机规划教材都对噪声系数进行了具体的阐明，本文要点评论该参数在数据转换器中的运用。
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。
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。
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
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6：使用RF变压器改进ADC全体噪声系数
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，体系运用的解决办法是在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。
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。
运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。
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，在实践的体系运用中，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。
