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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,然后使用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,然后使用TINA-TI這種仿真工具實現噪聲的仿真與驗證。
 
通常在高精密系統里面,噪聲是微弱的,比如下面的一個典型的放大電路,TINA-TI的仿真結果是噪聲為300uVrms, 示波器對于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。
 
ADC的放大器噪聲性能評估分析
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,直方圖用于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噪聲性能的方法聯系起來了。
 
ADC的放大器噪聲性能評估分析
 
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,然后分別使用matlab函數求解繪制STDEV, 直方圖和執行快速傅立葉變換。下面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后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。
 
ADC的放大器噪聲性能評估分析
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后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。
 
ADC的放大器噪聲性能評估分析
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。
 
ADC的放大器噪聲性能評估分析
 
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,并且提供了典型的matlab函數,利用STDEV, 直方圖,FFT對ADC采集后的數據,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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