Pri návrhu s analógovo-digitálnym prevodníkom (ADC) sa dá ľahko mylne domnievať, že zníženie vstupného signálu tak, aby zodpovedal rozsahu ADC v plnom rozsahu, spôsobí výrazné zníženie pomeru signálu k šumu (SNR). ).
Obzvlášť sa tým obávajú dizajnéri systémov, ktorí sa musia vyrovnať so širokými výkyvmi napätia. Navyše v porovnaní s ADC napájanými z vyššieho napätia sú ADC napájané z nízkeho napätia (5 V alebo nižšie) rozmanitejšie.
Vyššie napájanie zvyčajne vedie k väčšej spotrebe energie a komplikovanejšiemu usporiadaniu dosiek s plošnými spojmi (napríklad je potrebných viac oddeľovacích kondenzátorov).
Mnoho signálov generovaných senzormi alebo systémami sú bipolárne signály vysokého napätia (napríklad široko používaný signál ± 10 V). Existuje však veľa jednoduchých spôsobov, ako preniesť tento signál cez ADC; Môžu sa tiež použiť rôzne integrované vysokonapäťové riešenia ADC: dokáže spracovať tento veľký vstupný signál v plnom rozsahu bez obetovania SNR. Tieto riešenia vyžadujú na splnenie požiadaviek vstupného rozsahu veľmi vysoké napájacie napätie a ich spotreba energie je tiež pomerne veľká (obrázok 1). Tieto vysokonapäťové ADC tiež zužujú výber riešení na úpravu signálu (operačný zosilňovač). Ak je potrebné signál multiplexovať kombináciou vysokonapäťových a nízkonapäťových vstupov, náklady na systém sa výrazne zvýšia (obrázok 2).
Môžete tiež použiť vstupný zosilňovač na škálovanie signálu tak, aby zodpovedal vstupnému rozsahu úplného rozsahu nízkonapäťového ADC. Tento obvod na úpravu signálu je možné pripojiť k multiplexovanému vstupu, takže všetky signály môžu byť v súlade s rozsahom ADC (obrázok 3).
Pri použití zosilňovača na zmenu mierky signálneho napätia sa šum vzťahuje na vstup zosilňovača. V súčasnosti existujú dva hlavné zdroje šumu: vstupný referenčný šum samotného zosilňovača a znížený vstupný referenčný šum ADC. Tieto dva zdroje hluku sú kombinované v kvadratickom vyjadrení. Okrem toho je šum zosilňovača filtrovaný aj podľa vstupnej šírky pásma ADC a antialiasingového filtra medzi zosilňovačom a vstupom ADC, pozri obrázok 4.
Obrázok 4: Zosilňovač priblíženia zavádza šum, ale šum je filtrovaný obvodom RC a vstupnou sieťou ADC.
Vzorec na výpočet systému SNR (vstupný terminál zosilňovača) je:
Kde: VnADC je vstupný RMS šum ADC; VnOPA je vstupný referenčný šum zosilňovača (X-násobok vstupnej referencie) = jednopólová -3dB frekvencia.
Vzhľadom na úplný rozsah ADC, vstupného referenčného šumu ADC a faktora mierky zosilňovača existujú dve premenné, ktoré ovplyvnia cieľ zníženia strát SNR: medzná frekvencia filtra a vstupný referenčný šum zosilňovača.
Ak má zdroj signálu nízkofrekvenčné komponenty, môže byť navrhnutý filter tak, aby zosilňovač toleroval väčší vstupný šum (vyšší vstupný šum zvyčajne súvisí s nižšou spotrebou energie a nákladmi). Ak ADC obmedzuje šírku pásma systému, musí mať zosilňovač dostatočne nízky vstupný referenčný šum na riadenie straty SNR v prijateľnom rozsahu.
Napríklad, vzhľadom na vstupný signál ± 10 V a úplný rozsah ADC 5VP-P s SNR 92 dB, je faktor stupnice (pomer vstupu k úplnému rozsahu) 4. Vstupný referenčný šum ADC v údajový list je 44.4 nV RMS. Za predpokladu, že medzná frekvencia filtra je 10 kHz a vstupný referenčný šum zosilňovača je 10 nV / (Hz) 1/2, strata SNR je: SNR (strata) = 0.035 dB.
Ak nie je k dispozícii žiadny filter a predpokladá sa, že šírka pásma ADC je 10 MHz, aby sa dosiahla rovnaká strata SNR, stane sa požadovaný vstupný referenčný šum 0.3 nV / (Hz) 1/2. Táto požiadavka je veľmi prísna.
Pre ADC s rovnakou šírkou pásma 10 MHz, ak je povolená SNR (strata) = 0.5 dB, je požiadavka na šum zosilňovača 4 nV / (Hz) 1/2, čo sa dá pomerne ľahko implementovať.
Preto, ak je uvedená šírka pásma systému a prípustná strata SNR, bude proporcionálne zosilňovač na prevod vysokonapäťového signálu na nízkonapäťový ADC v plnom rozsahu úplne uskutočniteľným riešením. Pri napájaní viacerých signálov s rôznymi amplitúdami výkyvu do multiplexovaného nízkonapäťového ADC môže toto riešenie dosiahnuť nákladovo efektívny systém.
Náš ďalší produkt:
