ADC的放大器噪聲性能評估分析
發布時間：2020-05-08 責任編輯：lina
【導讀】典型的信號采集鏈路會包含放大器，ADC 這些核心部件，根據實際的需求可能會有模擬開關一類的實現多路信號采樣。通常放大器的噪聲會有針對不同放大拓撲結構的計算方法，由噪聲密度在等效帶寬內積分而成，然後使用TINA-TI這種仿真工具實現噪聲的仿真與驗證。
典型的信號采集鏈路會包含放大器，ADC 這zhe些xie核he心xin部bu件jian，根gen據ju實shi際ji的de需xu求qiu可ke能neng會hui有you模mo擬ni開kai關guan一yi類lei的de實shi現xian多duo路lu信xin號hao采cai樣yang。通tong常chang放fang大da器qi的de噪zao聲sheng會hui有you針zhen對dui不bu同tong放fang大da拓tuo撲pu結jie構gou的de計ji算suan方fang法fa，由you噪zao聲sheng密mi度du在zai等deng效xiao帶dai寬kuan內nei積ji分fen而er成cheng，然ran後hou使shi用yongTINA-TI這種仿真工具實現噪聲的仿真與驗證。
通常在高精密係統裏麵，噪聲是微弱的，比如下麵的一個典型的放大電路，TINA-TI的仿真結果是噪聲為300uVrms， 示波器對於這樣的噪聲測量是無能為力的。本文使用TI高性能的ADC的評估板， 像ADS127L01，結合Matlab的計算，來對放大器的噪聲進行一個評估。
圖（1）測試電路與仿真噪聲
通過高精密的ADC去采集運放的輸出噪聲，可以利用幾個表征ADC噪聲性能的方法，STDEV，直方圖和快速傅立葉變換。STDEV就是離散數據的噪聲有效值，FFT通過累加各頻率的分量，也可以計算出噪聲的有效值，直方圖用於觀察樣本的分布情況。
運放的噪聲和ADC的噪聲是相對獨立的，可以通過噪聲均方根的方式疊加。這樣，就將運放噪聲的有效值與評價ADC噪聲性能的方法聯係起來了。
由上式可以看出，要用ADC評價放大器的噪聲，需要測量兩組數據，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的評估板采集兩組數據，然後分別使用matlab函數求解繪製STDEV， 直方圖和執行快速傅立葉變換。下麵來看一個具體使用到的matlab函數：
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）; % 對樣本NUM進行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評估板采樣的原始樣本，右下角為對樣本做FFT後對各噪聲分量的累加。
通過Matlab分析樣本，得到樣本的STDEV 為28.5uVrms。FFT分析做累加，得到了同樣的結果，噪聲有效值為28.5uV。
圖（2）ADC噪聲分析
圖（3）為使用ADS127L01評估板采集圖（1）所示電路的噪聲分析，同樣左上角為原始樣本，右下角為對樣本做FFT後對各噪聲分量的累加。
通過Matlab分析樣本，得到樣本的STDEV 為263uVrms。FFT分析做累加，得到了同樣的結果，噪聲有效值為263uV。
圖（3）ADC+放大器噪聲分析
根據噪聲的疊加原理，圖（1）所示放大電路實際測量噪聲為261uVrms，仿真的結果為300uVrms。
本文通過一個實際的例子演示了如何使用高精密ADC評估放大器的噪聲性能，實驗結果與仿真結果一致，並且提供了典型的matlab函數，利用STDEV， 直方圖，FFT對ADC采集後的數據，對放大器進行噪聲分析是一種直觀且有效的方式。
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