苹果和橘子——特性关联要求相同的测试条件

问题:

ADC的等效输入噪声与其信噪比(SNR)有何关系?

RAQ:  Issue 87

答案:

不断变化的数据位中,我们解释了即使模拟输入为静态,等效输入噪声也会导致高速ADC输出改变。等效输入噪声与SNR有关系,但只有在相同的测试条件下才能比较二者。 

ADC的SNR可用来计算等效均方根输入噪声,如下式所示:

snr

其中,输入满量程范围(FSR)的单位是LSB,SNR的单位是dBFS(相对于满量程的分贝值)。以12位500 MSPS ADC AD9434为例,根据其数据手册中给出的接地输入直方图(图25),可知等效输入噪声为1.24 LSB rms。技术规格表显示:对于30 MHz至450 MHz输入,SNR典型值在65.9 dBFS到63.5 dBFS范围内变化。计算应使用什么数值呢?我们要比较SNR与接地输入直方图结果。对于现代单电源ADC,其输入开路而未接地,因此会浮动到模拟电源的中点。SNR不是在DC下测量,因此应选择最低的输入频率30 MHz。利用上式可以计算输入噪声: 

gs2

怎么回事,结果是1.47,而不是1.24?考虑以下因素有助于减小这种差异。首先,SNR是在30 MHz输入信号下–1 dBFS水平进行测试的,而接地输入直方图测试并无任何信号。这有什么区别呢?抖动在ADC输出端引起的噪声可通过下式估算:

gs3

其中,A是输入幅度,f是输入频率,ta是孔径不确定度(抖动)。显然,与无信号的接地输入直方图测试相比,抖动会降低噪声性能,但除此之外,测试条件仍不是“苹果对苹果”(完全对等)的关系。能够再接近一点吗?图19显示的是140.3 MHz输入下SNR与模拟输入幅度的关系。再仔细看看,你会看到,在–65 dBFS时,SNR约为67 dBFS,比–1 dBFS结果好大约1 dB。虽然此测试是在高于SNR测试的频率下进行的,但我们可以假设:在较低频率时,抖动引起的噪声相似。利用此SNR重新计算输入噪声可得Noiseinput = 1.29 LSB,该值与利用接地输入直方图测得的等效输入噪声仅相差0.05 LSB,二者非常接近,足以说明我们已成功将这两个特性关联起来。另外,也可以在无输入信号的情况下对AD9434执行FFT。根据FFT可以算得SNR等于67.5 dBFS。利用这一结果计算等效输入噪声,得到1.22 LSB,与直方图结果仅相差0.02 LSB!。虽然要费一番周折,但你完全可以将高速ADC的SNR与等效输入噪声成功地关联起来。

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作者

David Buchanan

David Buchanan

于1987年获得美国弗吉尼亚大学电子工程学士学位。他先后在STMicroelectronics、Adaptec和Analog Devices从事市场营销和应用工程工作,熟悉各种高性能模拟半导体产品。他目前是ADI公司高速转换器产品线(美国北卡罗来纳州格林斯博罗)的资深应用工程师。