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高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號鏈內(nèi)部導致不精確性誤差的原因分析


  來源: 電子發(fā)燒友 時間:2018-10-11 編輯:思揚
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以下是其計算方法,其中所用ADC的SNR = 60 dB。




注意,20 mV的噪聲可使系統(tǒng)靈敏度下降1位或6 dB,使系統(tǒng)性能從要求的60 dB降至54 dB。為了解決這個問題,可能應該選擇一種新型轉(zhuǎn)換器,以便維持60 dB或0.1%的系統(tǒng)精度。我們選擇一款ADC,其SNR/動態(tài)范圍為70 dB,或者,其ENOB為11.34位,看看是否有用。



看起來性能并無多大變化。為什么?因為前端的噪聲太大,無法實現(xiàn)0.1%的精度,雖然轉(zhuǎn)換器的性能本身要遠遠好于規(guī)格要求。需要改變前端設計,以便實現(xiàn)需要的性能。這種情況如下面的圖6所示。知道最后一個配置示例為什么不起作用嗎?設計人員并不能簡單地選擇一款更好的ADC來提高系統(tǒng)的整體性能。



圖6. 前端噪聲與12位70 dB ADC噪聲比較。


加總情況

前面選擇的10 V滿量程、12位ADC的動態(tài)范圍為60 dB,可實現(xiàn)0.1%的精度。這意味著,總累積誤差需要小于10 mV或10 V/(1060/20),才能達到0.1%的精度要求。因此,必須更換前端組件,以把前端誤差降至9 mV p-p,如圖7所示,所用轉(zhuǎn)換器的SNR為70 dB。



圖7. 低前端噪聲與12位70 dB ADC噪聲比較。


如果要使用14位、74 dB ADC,如圖8所示,則對前端的要求甚至可以進一步放寬。但這種折衷可能會導致成本增加。這些折衷要根據(jù)具體的設計和應用進行評估。舉例來說,更值得的做法可能是加大對容差更小、漂移更低的電阻的投入,而不是投資采購性能更強的ADC。



圖8. 前端噪聲與14位74 dB ADC噪聲比較。


分析總結(jié)

前文簡要介紹了精度誤差、分辨率和動態(tài)范圍之間的關系,這些指標為針對具體應用選擇轉(zhuǎn)換器提供了不同的參考,這些應用則要求達到一定的測量精度。了解所有組件誤差以及這些誤差對信號鏈的影響至關重要。注意,并非所有組件均生而平等!創(chuàng)建囊括所有這些誤差的電子表是插入不同信號鏈組件的簡便方法,可更快進行評估并決定組件的權(quán)衡取舍,如表2所示。在不同組件的成本之間進行權(quán)衡時,尤其如此。另外,有關如何生成這種電子表格的討論將在本系列第三部分進行。最后,請記住,單純增加信號鏈中轉(zhuǎn)換器的性能或分辨率無法提升測量精度。如果依舊存在同樣數(shù)量的前端噪聲,精度將不會得到改善。只會讓這些噪聲或不精確性測量達到更精細的程度,并最終可能讓設計人員的老板付出更多的成本。


關鍵詞:轉(zhuǎn)換器 信號 測量    瀏覽量:4763

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