ADC信号链中放大器噪声对总噪声的贡献

图5. 图3b电路10 MHz模拟输入音的FFT

分析

图3a与图3b所示设置的唯一不同是信号链中增加了放大器，因此可以放心地说，性能降低是由放大器的噪声引起的。下面的计算有助于了解放大器带来的噪声。

首先，按照数据手册的规定，使用转换器的满量程差分输入电压。将峰峰值电压除以2√2得到均方根电压，即0.707 V rms。

(1)

基于ADC在10 MHz时的典型SNR，转换器的噪声贡献为

(2)

(3)

VNOISE, ADC = 92.2 μV rms， 带放大器前端的系统SNR为 = 72.5 dBFS, 利用公式3计算系统噪声得到168 μV rms。

(4)

(5)

从公式4得到的系统噪声是ADC和VGA的合并噪声。放大器噪声可以利用公式5计算，结果为140 μV rms。这表明，放大器噪声至少比ADC噪声大50%，因此它是系统交流性能的限制因素。

注意，必须判断计算得到的VNOISE, AMP值是否与放大器的数据手册一致。在150 Ω差分输出阻抗下，额定噪声谱密度约为20 nV/√Hz。

虽然数据手册声称VGA的噪声基本上不随增益而变化，但此噪声会随负载而变化，因此噪声谱密度应根据放大器输出驱动的总阻抗进行缩放。放大器的差分输出阻抗很大(16 kΩ||0.8 pF)，因此放大器看到的阻抗(见图1)可以计算如下：

利用此数值，本应用中AD8375的减额噪声谱密度可以通过公式6计算：

(6)

注意，利用实际滤波器计算系统噪声时，噪声带宽的形状与理想滤波器不同。频率响应的这种差别用“形状因子”这一术语来定义，反映滚降区中的噪声。形状因子取决于滤波器的阶数，是噪声带宽与–3 dB带宽的比值3。滤波器的极点越多，形状因子越接近1。这一关系可从表1看出。

表1. 系统阶数与形状因子的关系

系统阶数形状因子

11.57

21.11

31.05

41.03

51.02

图1示例的形状因子为1.02。利用公式6计算放大器注入的噪声：

VGA注入系统的这一估计噪声值与利用公式5算得的测量值非常吻合，证明由AD8375和AD9268组成的信号链的性能主要取决于放大器。

结束语

许多情况下，系统信号链需要一个放大器(VGA或增益模块)来将满量程信号驱动到ADC。系统设计师必须了解不同放大器选择导致的ADC性能降低情况。利 用所选放大器和ADC进行设计之前，设计师可以利用本文所述的方法计算放大器的噪声分布，估计预定系统实现方案的预期动态性能(通过SNR表示)。