影响信噪比损失的主要因素有哪些？

在使用模数转换器 (ADC) 进行设计时，很容易误认为降低输入信号以满足 ADC 的满量程范围会导致信噪比 (SNR) 显着下降）。

　　需要处理宽电压摆幅的系统设计人员尤其关注这一点。此外，与由更高电压供电的ADC相比，由低电压（5V或更低）供电的ADC更加多样化。

　　更高的电源电压通常会导致更大的功耗和更复杂的电路板布局（例如，需要更多的去耦电容）。

　　传感器或系统产生的许多信号是双极高压信号（如广泛使用的±10V信号）。但是，有许多简单的方法可以通过 ADC 传递此信号；还可以使用各种集成高压 ADC 解决方案：它可以处理这种大的满量程输入信号，而不会牺牲 SNR。这些解决方案需要非常高的电源电压才能满足输入范围要求，而且它们的功耗也相当大（图 1）。这些高压 ADC 还缩小了信号调节（运算放大器）解决方案的选择范围。如果信号需要与高压和低压输入的组合复用，系统成本将显着增加（图 2）。

影响信噪比损失的主要因素有哪些？

　　
　　您还可以使用输入放大器来调整信号以匹配低压 ADC 的满量程输入范围。该信号调理电路可以连接到多路复用输入，以便所有信号都符合 ADC 范围（图 3）。

影响信噪比损失的主要因素有哪些？

　　
　　当使用放大器进行信号电压缩放时，噪声以放大器输入为参考。此时，主要有两个噪声源：放大器本身的输入参考噪声，以及ADC降低后的输入参考噪声。这两个噪声源组合在一个二次项中。此外，放大器的噪声也被ADC的输入带宽和放大器与ADC输入之间的抗混叠滤波器滤除，见图4。

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　　图 4：变焦放大器引入噪声，但噪声被 RC 电路和 ADC 的输入网络过滤掉。
　　系统SNR（放大器输入端）的计算公式为：

影响信噪比损失的主要因素有哪些？
　　
　　其中： VnADC 是 ADC 的输入 RMS 噪声； VnOPA 是放大器的输入参考噪声（X 乘以输入参考）= 单极点 -3dB 频率。

　　给定 ADC 的满量程范围、ADC 输入参考噪声和放大器比例因子，有两个变量会影响 SNR 损耗降低的目标：滤波器的截止频率和放大器的输入参考噪声。

　　如果信号源有低频成分，可以设计一个滤波器，使放大器能够承受较大的输入噪声（较高的输入噪声通常与较低的功耗和成本有关）。如果 ADC 限制了系统的带宽，则放大器需要具有足够低的输入参考噪声，以将 SNR 损失控制在可接受的范围内。

　　例如，给定一个 ±10V 输入信号和一个 SNR 为 5dB 的 92VP-P 满量程范围 ADC，比例因子（输入与满量程范围的比率）为 4。 ADC 输入参考噪声在数据表为 44.4 nV RMS。假设滤波器的截止频率为10kHz，放大器的输入参考噪声为10nV/(Hz) 1/2，则SNR损耗为：SNR(loss)=0.035dB。

　　如果没有滤波器且假设 ADC 带宽为 10MHz，为了实现相同的 SNR 损耗，所需的输入参考噪声变为 0.3nV/(Hz) 1/2。这个要求非常严格。

　　对于同样带宽10MHz的ADC，如果允许SNR(loss)=0.5dB，放大器的噪声要求为4nV/(Hz) 1/2，实现起来相对容易。

　　因此，如果给定系统带宽和允许的 SNR 损耗，在满量程范围内增加一个比例放大器将高压信号转换为低压 ADC 将是一个完全可行的解决方案。当将具有不同摆幅的多个信号馈送到多路复用低压 ADC 时，该解决方案可以实现经济高效的系统。