Analoog-digitaalmuunduriga (ADC) projekteerimisel on lihtne ekslikult arvata, et sisendsignaali vähendamine ADC täisskaala vahemiku saavutamiseks põhjustab signaali ja müra suhte (SNR) olulist vähenemist ).
Eriti muretsevad selle pärast süsteemidisainerid, kes peavad tegelema laia pinge kõikumisega. Lisaks on madalama pingega (5 V või madalama) toiteallikatega ADC-d mitmekesisemad.
Suurem pingeallikas toob tavaliselt kaasa suurema energiatarbimise ja keerukama trükkplaadi paigutuse (näiteks on vaja rohkem lahutavaid kondensaatoreid).
Paljud andurite või süsteemide poolt genereeritud signaalid on bipolaarsed kõrgepinge signaalid (näiteks laialt levinud ± 10 V signaal). Selle signaali edastamiseks ADC kaudu on aga palju lihtsaid viise; Kasutada võib ka mitmesuguseid integreeritud kõrgepinge ADC-lahendusi: see suudab selle suure täismõõdus sisendsignaaliga hakkama ilma SNR-i ohverdamata. Need lahendused vajavad sisendivahemiku nõuete täitmiseks väga suurt toitepinget ning ka nende energiatarve on üsna suur (joonis 1). Need kõrgepinge ADC-d kitsendavad ka signaali konditsioneerimise (op amp) lahenduste valikut. Kui signaal tuleb multipleksida kõrgepinge ja madalpinge sisendite kombinatsiooniga, suureneb süsteemi maksumus märkimisväärselt (joonis 2).
Samuti saate sisendsignaali võimendi abil signaali skaleerida, et see vastaks madalpinge ADC täisskaala sisendivahemikule. Seda signaali konditsioneerimisahelat saab ühendada multipleksitud sisendiga, nii et kõik signaalid saaksid olla kooskõlas ADC vahemikuga (joonis 3).
Võimendi kasutamisel signaali pinge skaleerimiseks viitab müra võimendi sisendile. Sel ajal on kaks peamist müraallikat: võimendi enda sisendi võrdlusmüra ja ADC vähendatud sisendi võrdlusmüra. Need kaks müraallikat on ühendatud ruutmõõtes. Lisaks filtreeritakse võimendi müra ka ADC sisendribalaiuse ning võimendi ja ADC sisendi vahelise aliasing-filtri abil, vt joonis 4.
Joonis 4: suumivõimendi sisestab müra, kuid müra filtreeritakse RC-ahela ja ADC sisendvõrgu kaudu.
Süsteemi SNR (võimendi sisendterminal) arvutusvalem on:
Kus: VnADC on ADC sisend RMS-müra; VnOPA on võimendi sisendi võrdlusmüra (X korda sisendväärtust) = ühepooluseline -3dB sagedus.
Arvestades ADC, ADC sisendi võrdlusmüra ja võimendi skaalafaktori täisskaala vahemikku, on SNR kadude vähendamise eesmärki mõjutavad kaks muutujat: filtri väljalülitussagedus ja võimendi sisendi võrdlusmüra.
Kui signaaliallikal on madalsageduskomponente, saab filtri konstrueerida nii, et võimendi taluks suuremat sisendmüra (suurem sisendmüra on tavaliselt seotud väiksema energiatarbimise ja kuludega). Kui ADC piirab süsteemi ribalaiust, peab võimendil olema piisavalt madal sisendi võrdlusmüra, et kontrollida SNR-i kadu vastuvõetavas vahemikus.
Näiteks kui anda ± 10V sisendsignaal ja 5VP-P täisskaala ADC SNR-ga 92dB, on skaalategur (sisendi suhe täisskaala vahemikku) 4. ADC sisendi võrdlusmüra andmeleht on 44.4 nV RMS. Eeldades, et filtri väljalülitussagedus on 10 kHz ja võimendi sisendi võrdlusmüra on 10nV / (Hz) 1/2, on SNR kadu: SNR (kadu) = 0.035dB.
Kui filtrit pole ja eeldatakse, et ADC ribalaius on 10MHz, muutub sama SNR-kadu saavutamiseks vajalikuks sisendi võrdlusmüra 0.3nV / (Hz) 1/2. See nõue on väga range.
Sama ribalaiusega 10MHz ADC puhul, kui SNR (kadu) = 0.5dB on lubatud, on võimendi müranõue 4nV / (Hz) 1/2, mida on suhteliselt lihtne rakendada.
Seega, kui on antud süsteemi ribalaius ja lubatav SNR-i kadu, on proportsionaalse võimendi lisamine kõrgepinge signaali muundamiseks madalpingeliseks ADC-ks täisskaala ulatuses täiesti teostatav lahendus. Mitme erineva amplituudiga signaali multipleksitud madalpinge ADC-le söötmisel saab selle lahendusega saavutada kulutõhusa süsteemi.
Meie teise tootega:
