Při návrhu s analogově-digitálním převodníkem (ADC) je snadné se mylně domnívat, že snížení vstupního signálu tak, aby splňoval rozsah ADC v plném rozsahu, způsobí výrazné snížení poměru signálu k šumu (SNR) ).
Návrháři systémů, kteří se potřebují vypořádat s velkými výkyvy napětí, jsou tímto zvláště znepokojeni. Navíc ve srovnání s ADC napájenými vyšším napětím jsou ADC napájené nízkým napětím (5 V nebo nižší) rozmanitější.
Vyšší napájecí napětí obvykle vede k větší spotřebě energie a komplikovanějšímu uspořádání desek plošných spojů (například je zapotřebí více oddělovacích kondenzátorů).
Mnoho signálů generovaných senzory nebo systémy jsou bipolární signály vysokého napětí (například široce používaný signál ± 10 V). Existuje však mnoho jednoduchých způsobů, jak předat tento signál přes ADC; Lze také použít různá integrovaná vysokonapěťová řešení ADC: zvládne tento velký vstupní signál v plném rozsahu, aniž by obětoval SNR. Tato řešení vyžadují pro splnění požadavků na vstupní rozsah velmi vysoké napájecí napětí a jejich spotřeba energie je také poměrně velká (obrázek 1). Tyto vysokonapěťové ADC také zužují výběr řešení pro úpravu signálu (operační zesilovač). Pokud je třeba signál multiplexovat kombinací vysokonapěťových a nízkonapěťových vstupů, náklady na systém se výrazně zvýší (obrázek 2).
Můžete také použít vstupní zesilovač ke škálování signálu tak, aby odpovídal vstupnímu rozsahu plného rozsahu nízkonapěťového ADC. Tento obvod pro úpravu signálu lze připojit k multiplexovanému vstupu, takže všechny signály mohou být v souladu s rozsahem ADC (obrázek 3).
Při použití zesilovače pro změnu měřítka signálního napětí je šum odkazován na vstup zesilovače. V tuto chvíli existují dva hlavní zdroje šumu: vstupní referenční šum samotného zesilovače a snížený vstupní referenční šum ADC. Tyto dva zdroje hluku jsou kombinovány v kvadratickém vyjádření. Kromě toho je šum zesilovače filtrován také podle vstupní šířky pásma ADC a antialiasingového filtru mezi zesilovačem a vstupem ADC, viz obrázek 4.
Obrázek 4: Zesilovač zoomu zavádí šum, ale šum je filtrován obvodem RC a vstupní sítí ADC.
Výpočtový vzorec systému SNR (vstupní svorka zesilovače) je:
Kde: VnADC je vstupní RMS šum ADC; VnOPA je vstupní referenční šum zesilovače (Xnásobek vstupní reference) = jednopólová -3dB frekvence.
Vzhledem k širokému rozsahu ADC, vstupního referenčního šumu ADC a faktoru měřítka zesilovače existují dvě proměnné, které ovlivní cíl snížení ztrát SNR: mezní frekvence filtru a vstupní referenční šum zesilovače.
Pokud má zdroj signálu nízkofrekvenční komponenty, může být navržen filtr tak, aby zesilovač toleroval větší vstupní šum (vyšší vstupní šum obvykle souvisí s nižší spotřebou energie a nižšími náklady). Pokud ADC omezuje šířku pásma systému, zesilovač musí mít dostatečně nízký vstupní referenční šum, aby mohl řídit ztrátu SNR v přijatelném rozsahu.
Například vzhledem k vstupnímu signálu ± 10 V a 5VP-P rozsahu ADC s rozsahem SNR 92 dB je měřítkový faktor (poměr vstupu k rozsahu celého rozsahu) 4. Vstupní referenční šum ADC v datový list je 44.4 nV RMS. Za předpokladu, že mezní frekvence filtru je 10kHz a vstupní referenční šum zesilovače je 10nV / (Hz) 1/2, ztráta SNR je: SNR (ztráta) = 0.035dB.
Pokud není žádný filtr a předpokládá se, že šířka pásma ADC je 10 MHz, aby se dosáhlo stejné ztráty SNR, stane se požadovaný vstupní referenční šum 0.3 nV / (Hz) 1/2. Tento požadavek je velmi přísný.
Pro ADC se stejnou šířkou pásma 10 MHz, je-li povolena SNR (ztráta) = 0.5 dB, je požadavek na šum zesilovače 4 nV / (Hz) 1/2, což je relativně snadné.
Proto, pokud je uvedena šířka pásma systému a přípustná ztráta SNR, přidání proporcionálního zesilovače pro převod vysokonapěťového signálu na nízkonapěťový ADC v plném rozsahu bude zcela proveditelným řešením. Při napájení více signálů s různými amplitudami výkyvů do multiplexovaného nízkonapěťového ADC může toto řešení dosáhnout nákladově efektivního systému.
Náš další produkt:
