【導讀】本文簡要介紹了精密係統中的參考到輸入(RTI)的de計ji算suan和he仿fang真zhen，以yi及ji如ru何he從cong中zhong獲huo得de盡jin可ke能neng多duo的de重zhong要yao信xin息xi。在zai設she計ji用yong於yu模mo擬ni測ce量liang的de信xin號hao鏈lian時shi，必bi須xu考kao量liang信xin號hao鏈lian中zhong不bu同tong組zu件jian導dao致zhi的de誤wu差cha和he噪zao聲sheng，用yong於yu確que定ding最zui高gao性xing能neng。規gui格ge可ke以yi用yong百bai分fen比bi（分數）biaoshi，huozheruguoshixianxingxitong
，keyicankaodaoshuchuhuocankaocankaodaoshuru。cankaodaoshurudejisuanwangwanghuizaochengwujie，dannenggoutigongyouguanxitongxingnengdezhongyaoxinxi。

本文簡要介紹了精密係統中的參考到輸入(RTI)的de計ji算suan和he仿fang真zhen，以yi及ji如ru何he從cong中zhong獲huo得de盡jin可ke能neng多duo的de重zhong要yao信xin息xi。在zai設she計ji用yong於yu模mo擬ni測ce量liang的de信xin號hao鏈lian時shi，必bi須xu考kao量liang信xin號hao鏈lian中zhong不bu同tong組zu件jian導dao致zhi的de誤wu差cha和he噪zao聲sheng，用yong於yu確que定ding最zui高gao性xing能neng。規gui格ge可ke以yi用yong百bai分fen比bi（分數）biaoshi，huozheruguoshixianxingxitong，keyicankaodaoshuchuhuocankaocankaodaoshuru。cankaodaoshurudejisuanwangwanghuizaochengwujie，dannenggoutigongyouguanxitongxingnengdezhongyaoxinxi。

噪聲、誤差和參考到輸入(RTI)

圖1顯示了測量的通用係統框圖。每個模塊可能有多個元件或多級來執行測量功能。從傳感器到ADC的每個模擬級也會產生不需要的模擬噪聲和誤差
，進而影響測量的結果。ADC輸出端的數據代表信號與總噪聲和誤差的組合。有些噪聲和誤差可以通過校準
、補bu償chang和he信xin號hao處chu理li技ji術shu來lai降jiang低di。其qi餘yu噪zao聲sheng和he誤wu差cha導dao致zhi被bei測ce量liang的de真zhen實shi值zhi的de不bu確que定ding性xing。對dui於yu測ce量liang儀yi器qi，不bu確que定ding性xing分fen析xi有you助zhu於yu設she定ding關guan鍵jian的de係xi統tong規gui格ge，如ru準zhun確que度du和he精jing度du。

jiangxinhaolianzaoshenghewuchacankaodaoshuruhou，biankeyushuruxinhaozhijiebijiao。zheyangjiunenggenjuyizhixinhaotexingheyaoqiu，shenrulejiezhengticeliangxingneng。liru，jisuancankaodaoshuru(RTI)的總噪聲可揭示能從噪聲中辨別出的最小輸入信號。考慮參考到輸入計算的另一種方式是
，ADC測量的數據通常在軟件中進行縮放
，以表示被測物理量的值。縮放前的原始數據包含誤差和噪聲；因此，縮放後會具有相同的相對誤差和噪聲量（但經過縮放），好像所有誤差和噪聲都與信號一起出現在輸入端一樣。

合並噪聲源RTI和RTO

對於總噪聲計算
，噪聲源在合並之前需要以相同的位置為基準。雖然噪聲可以信號鏈中的其他位置為基準
，但計算噪聲RTI和RTO（參考到輸出）對dui於yu確que定ding係xi統tong性xing能neng最zui有you用yong。設she計ji人ren員yuan可ke以yi選xuan擇ze電dian路lu中zhong的de哪na個ge點dian來lai調tiao用yong輸shu入ru和he輸shu出chu，以yi及ji使shi用yong什shen麼me單dan位wei。例li如ru
，輸shu入ru可ke以yi是shi溫wen度du之zhi類lei的de物wu理li量liang
，以yi°C為單位，RTI噪聲可以°C來計算。或者，噪聲可以參考到信號鏈輸入端
，以伏特(V)或安培(A)等電氣單位為單位。同樣，輸出可以定義為來自ADC的數據，以最低有效位或等效電壓為單位，或者定義為ADC輸入端的電壓。

RTI噪聲源是放置在輸入端的虛擬噪聲源，在測量中產生與實際噪聲源一樣的噪聲。每個RTI噪聲源的值通過將實際噪聲源除以從輸入到該點的增益來確定。RTI噪聲源的噪聲功率譜密度相加，就是整個係統的噪聲譜。同樣，RTO噪聲源是輸出端的虛擬噪聲源。對於RTO噪聲，每個噪聲源乘以到輸出的增益，然後在該點進行合並。如果在所定義的輸出之後沒有噪聲源
，則RTO噪聲與在該輸出處測量的噪聲一致。

圖2顯示了由同相增益級和低通濾波器組成的簡單信號鏈的RTI和RTO噪聲模型。

兩者之間存在不平衡，因為信號從輸入流向輸出。RTO噪聲表示的是在整個信號鏈中傳播後的噪聲，與測量中的總噪聲相匹配
，但RTI噪(zao)聲(sheng)表(biao)示(shi)的(de)是(shi)前(qian)幾(ji)級(ji)的(de)噪(zao)聲(sheng)
，這(zhe)些(xie)噪(zao)聲(sheng)尚(shang)未(wei)受(shou)到(dao)信(xin)號(hao)鏈(lian)後(hou)麵(mian)幾(ji)級(ji)的(de)頻(pin)帶(dai)限(xian)製(zhi)。被(bei)信(xin)號(hao)鏈(lian)濾(lv)除(chu)的(de)帶(dai)外(wai)噪(zao)聲(sheng)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)最(zui)終(zhong)的(de)測(ce)量(liang)值(zhi)，但(dan)會(hui)出(chu)現(xian)在(zai)RTI噪聲譜中。這在技術上不是問題，它並不意味著RTI噪聲是錯誤的。RTI噪聲乘以信號鏈的增益與頻率關係曲線即可得到RTO噪聲
，不會丟失任何信息；然而，計算噪聲RTI的目的是將噪聲與輸入信號進行比較。由於包含不影響測量的帶外噪聲，RTI的這種傳統定義使得總積分噪聲與輸入信號的比較不太容易。

另一種定義——提供更多有用信息

輸出信號可以與RTO噪聲直接比較，因為它考慮了整個信號鏈，所以問題是：能否以某種方式定義RTI噪聲，使它能很容易地與輸入信號進行比較
？答案反映了測量數據的實際使用情況：對RTO噪zao聲sheng應ying用yong與yu軟ruan件jian中zhong對dui輸shu出chu數shu據ju所suo應ying用yong的de相xiang同tong的de縮suo放fang比bi例li
，以yi將jiang其qi表biao示shi為wei輸shu入ru信xin號hao。兩liang者zhe應ying該gai在zai輸shu入ru端duan以yi相xiang同tong方fang式shi計ji算suan
，換huan言yan之zhi就jiu是shi輸shu出chu噪zao聲sheng除chu以yi信xin號hao增zeng益yi。

xiayigewentishiruhedingyixinhaozengyi。wulunzhiliuouhehaishijiaoliuouhe，zaidaduoshuchangguixianxingdianluzhong

，shijiayuxinhaodezengyizaishejidemougemubiaodaikuanshangshipingtande。womenchengcimubiaodaikuanweixinhaopindai。xinhaozaixinhaopindaizhongjuyouyoujiazhidexinxi，xuyaojiayibuhuo。dianlude-3 dB帶寬設計得比信號頻帶要寬

，以避免頻帶邊緣的信號出現動態誤差，但除了這一限製之外，通常還會盡可能限製帶寬以降低噪聲。

如果將信號增益定義為信號頻帶內的增益
，並且使用該常數值將RTO噪聲轉換為RTI，那麼RTI噪聲將變得更有意義。這兩種模型的差異如圖3所示。在替代模型中
，RTI噪聲顯示了影響信號測量的噪聲，包括帶外噪聲的滾降。圖4顯示了兩種RTI方法的仿真差異。

輸入噪聲曲線在低頻時相同，但在增益滾降時出現分歧。傳統的RTI噪聲不能積分得到總噪聲，而虛擬RTI噪聲可以積分。對於積分噪聲和噪聲譜密度值
，虛擬RTI噪聲和RTO噪聲的相互轉換均可利用信號增益。

如(ru)果(guo)信(xin)號(hao)增(zeng)益(yi)在(zai)信(xin)號(hao)頻(pin)帶(dai)內(nei)不(bu)平(ping)坦(tan)，請(qing)考(kao)慮(lv)調(tiao)整(zheng)信(xin)號(hao)頻(pin)帶(dai)或(huo)修(xiu)改(gai)電(dian)路(lu)，使(shi)其(qi)具(ju)有(you)更(geng)寬(kuan)的(de)帶(dai)寬(kuan)。這(zhe)有(you)助(zhu)於(yu)避(bi)免(mian)信(xin)號(hao)頻(pin)帶(dai)邊(bian)緣(yuan)的(de)信(xin)號(hao)性(xing)能(neng)下(xia)降(jiang)。如(ru)果(guo)不(bu)可(ke)能(neng)
，使(shi)用(yong)信(xin)號(hao)頻(pin)帶(dai)內(nei)的(de)標(biao)稱(cheng)增(zeng)益(yi)極(ji)有(you)可(ke)能(neng)與(yu)一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)和(he)軟(ruan)件(jian)轉(zhuan)換(huan)因(yin)子(zi)相(xiang)匹(pi)配(pei)，但(dan)務(wu)必(bi)要(yao)評(ping)估(gu)信(xin)號(hao)頻(pin)帶(dai)邊(bian)緣(yuan)的(de)誤(wu)差(cha)和(he)信(xin)噪(zao)比(bi)，以(yi)確(que)保(bao)它(ta)們(men)在(zai)性(xing)能(neng)目(mu)標(biao)範(fan)圍(wei)內(nei)。

LTspice中的RTI計算

LTspice的多功能性和準確性使其對噪聲仿真非常有用。輸出節點和輸入源在噪聲仿真命令中指定
，輸出噪聲(RTO)是查看分析結果的默認方式。LTspice還會根據RTI的傳統定義計算參考到指定輸入源的輸入噪聲
，但如圖4所示，對傳統RTI噪聲進行積分無法提供有意義的結果。圖5顯示了如何在LTspice的輸出中添加一級，以便仿真器返回替代的虛擬RTI噪聲。運行仿真後，在選定圖形的情況下，從Plot Settings—Add Trace將輸入噪聲添加到圖形中，然後選擇V(inoise)。這會將輸入噪聲添加到圖形中。曲線形狀與輸出噪聲相匹配
，表明整個電路的頻率響應都得到了考慮。在按住ctrl鍵的同時左鍵單擊圖形中標題為"V(inoise)"的曲線，以對總RTI噪聲進行積分。

用於信號鏈噪聲分析的Web工具

信號鏈噪聲工具 是ADI Precision Studio web工具套件的一部分，用於執行信號鏈級的噪聲計算，包括總噪聲的積分和虛擬RTI噪聲計算。從傳感器開始構建信號鏈，或從示例開始
，然後利用信號鏈噪聲工具確定從傳感器到ADC的(de)整(zheng)個(ge)信(xin)號(hao)鏈(lian)的(de)總(zong)噪(zao)聲(sheng)和(he)交(jiao)流(liu)性(xing)能(neng)。信(xin)號(hao)鏈(lian)噪(zao)聲(sheng)工(gong)具(ju)中(zhong)的(de)仿(fang)真(zhen)模(mo)型(xing)使(shi)用(yong)數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)中(zhong)的(de)完(wan)整(zheng)測(ce)量(liang)噪(zao)聲(sheng)曲(qu)線(xian)來(lai)提(ti)供(gong)實(shi)驗(yan)室(shi)精(jing)度(du)的(de)結(jie)果(guo)。此(ci)類(lei)工(gong)具(ju)的(de)主(zhu)要(yao)優(you)點(dian)之(zhi)一(yi)是(shi)能(neng)夠(gou)加(jia)快(kuai)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)。該(gai)工(gong)具(ju)可(ke)即(ji)時(shi)仿(fang)真(zhen)電(dian)路(lu)變(bian)化(hua)對(dui)整(zheng)體(ti)噪(zao)聲(sheng)性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)，從(cong)而(er)加(jia)快(kuai)設(she)計(ji)迭(die)代(dai)速(su)度(du)。完(wan)成(cheng)後(hou)的(de)信(xin)號(hao)鏈(lian)可(ke)導(dao)出(chu)到(dao)LTspice進行定製仿真。

結論

參考到輸入計算是了解測量係統預期性能的寶貴工具
，有助於優化設計和掌握係統規格。本文基於測量係統架構提出的虛擬RTI噪聲方法與一些傳統方法相比，可以獲得更多的有用信息，是一種有益的改進。LTspice和信號鏈噪聲工具等仿真工具可幫助執行此分析。

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