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ADC的放大器噪聲性能評(píng)估分析

發(fā)布時(shí)間:2020-05-08 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】典型的信號(hào)采集鏈路會(huì)包含放大器,ADC 這些核心部件,根據(jù)實(shí)際的需求可能會(huì)有模擬開關(guān)一類的實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)采樣。通常放大器的噪聲會(huì)有針對(duì)不同放大拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計(jì)算方法,由噪聲密度在等效帶寬內(nèi)積分而成,然后使用TINA-TI這種仿真工具實(shí)現(xiàn)噪聲的仿真與驗(yàn)證。
 
典型的信號(hào)采集鏈路會(huì)包含放大器,ADC 這些核心部件,根據(jù)實(shí)際的需求可能會(huì)有模擬開關(guān)一類的實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)采樣。通常放大器的噪聲會(huì)有針對(duì)不同放大拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計(jì)算方法,由噪聲密度在等效帶寬內(nèi)積分而成,然后使用TINA-TI這種仿真工具實(shí)現(xiàn)噪聲的仿真與驗(yàn)證。
 
通常在高精密系統(tǒng)里面,噪聲是微弱的,比如下面的一個(gè)典型的放大電路,TINA-TI的仿真結(jié)果是噪聲為300uVrms, 示波器對(duì)于這樣的噪聲測(cè)量是無能為力的。本文使用TI高性能的ADC的評(píng)估板, 像ADS127L01,結(jié)合Matlab的計(jì)算,來對(duì)放大器的噪聲進(jìn)行一個(gè)評(píng)估。
 
ADC的放大器噪聲性能評(píng)估分析
圖(1)測(cè)試電路與仿真噪聲
 
通過高精密的ADC去采集運(yùn)放的輸出噪聲,可以利用幾個(gè)表征ADC噪聲性能的方法,STDEV,直方圖和快速傅立葉變換。STDEV就是離散數(shù)據(jù)的噪聲有效值,F(xiàn)FT通過累加各頻率的分量,也可以計(jì)算出噪聲的有效值,直方圖用于觀察樣本的分布情況。
 
運(yùn)放的噪聲和ADC的噪聲是相對(duì)獨(dú)立的,可以通過噪聲均方根的方式疊加。這樣,就將運(yùn)放噪聲的有效值與評(píng)價(jià)ADC噪聲性能的方法聯(lián)系起來了。
 
ADC的放大器噪聲性能評(píng)估分析
 
由上式可以看出,要用ADC評(píng)價(jià)放大器的噪聲,需要測(cè)量?jī)山M數(shù)據(jù),一組是ADC本身的噪聲,一組是連接上放大器的噪聲。
 
我們用ADS127L01的評(píng)估板采集兩組數(shù)據(jù),然后分別使用matlab函數(shù)求解繪制STDEV, 直方圖和執(zhí)行快速傅立葉變換。下面來看一個(gè)具體使用到的matlab函數(shù):
 
Avg = mean(num); % 求解樣本NUM中的平均值
Std = std(num); % 求解樣本NUM的STDEV,就是RMS值
hist(num,20); % 將樣本NUM的分布按照直方圖繪出
y = fft(num,32768,1); % 對(duì)樣本NUM進(jìn)行FFT
y1 = abs(y) / 16384; % 求解頻譜分量的幅值
power = y1.^2 * 0.5; % 求解頻譜分量的功率
TotalN = sqrt(***(power)); % 將噪聲頻譜累加
 
圖2 為僅ADC噪聲分析,左上角為ADS127L01評(píng)估板采樣的原始樣本,右下角為對(duì)樣本做FFT后對(duì)各噪聲分量的累加。
 
通過Matlab分析樣本,得到樣本的STDEV 為28.5uVrms。FFT分析做累加,得到了同樣的結(jié)果,噪聲有效值為28.5uV。
 
ADC的放大器噪聲性能評(píng)估分析
圖(2)ADC噪聲分析
 
圖(3)為使用ADS127L01評(píng)估板采集圖(1)所示電路的噪聲分析,同樣左上角為原始樣本,右下角為對(duì)樣本做FFT后對(duì)各噪聲分量的累加。
 
通過Matlab分析樣本,得到樣本的STDEV 為263uVrms。FFT分析做累加,得到了同樣的結(jié)果,噪聲有效值為263uV。
 
ADC的放大器噪聲性能評(píng)估分析
圖(3)ADC+放大器噪聲分析
 
根據(jù)噪聲的疊加原理,圖(1)所示放大電路實(shí)際測(cè)量噪聲為261uVrms,仿真的結(jié)果為300uVrms。
 
ADC的放大器噪聲性能評(píng)估分析
 
本文通過一個(gè)實(shí)際的例子演示了如何使用高精密ADC評(píng)估放大器的噪聲性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果一致,并且提供了典型的matlab函數(shù),利用STDEV, 直方圖,F(xiàn)FT對(duì)ADC采集后的數(shù)據(jù),對(duì)放大器進(jìn)行噪聲分析是一種直觀且有效的方式。
 
 
 
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