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如何使用高精密ADC評估放大器的噪聲性能

電子設計 ? 來源:電子設計 ? 作者:電子設計 ? 2022-01-19 16:34 ? 次閱讀

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。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。

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。

poYBAGGKU0iAaRfxAABET0TrGpA036.png

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

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。

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。

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。

pYYBAGGKU02AVqiPAAA_cLlUrmk516.png

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。

審核編輯:何安

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