Kada se projektira s analogno-digitalnim pretvaračem (ADC), lako je pogrešno vjerovati da će smanjenje ulaznog signala kako bi se udovoljio opsegu ADC-a uzrokovati značajno smanjenje odnosa signal-šum (SNR) ).
Zbog toga su posebno zabrinuti dizajneri sustava koji se moraju nositi s velikim promjenama napona. Osim toga, u usporedbi s ADC-ima napajanim višim naponima, ADC-ovi napajani niskim naponima (5V ili nižim) raznovrsniji su.
Viši napon napajanja obično dovodi do veće potrošnje energije i složenijeg rasporeda pločica (na primjer, potrebno je više kondenzatora za odvajanje).
Mnogi signali koje generiraju senzori ili sustavi su bipolarni visokonaponski signali (poput široko korištenog ± 10V signala). Međutim, postoji mnogo jednostavnih načina za prolazak ovog signala kroz ADC; mogu se koristiti i različita integrirana visokonaponska ADC rješenja: može se nositi s ovim velikim ulaznim signalom pune skale bez žrtvovanja SNR-a. Ova rješenja zahtijevaju vrlo visok napon napajanja kako bi se udovoljilo zahtjevima ulaznog raspona, a njihova je potrošnja energije također prilično velika (slika 1). Ovi visokonaponski ADC također sužavaju izbor rješenja za kondicioniranje signala (op amp). Ako signal treba multipleksirati kombinacijom visokonaponskih i niskonaponskih ulaza, troškovi sustava znatno će se povećati (slika 2).
Također možete upotrijebiti ulazno pojačalo za skaliranje signala tako da se podudara s ulaznim opsegom niskog napona ADC. Ovaj krug za kondicioniranje signala može se spojiti na multipleksirani ulaz tako da svi signali mogu biti u skladu s rasponom ADC-a (slika 3).
Kada koristite pojačalo za skaliranje napona signala, šum se upućuje na ulaz pojačala. U ovom trenutku postoje dva glavna izvora buke: ulazna referentna buka samog pojačala i smanjena ulazna referentna buka ADC-a. Ova dva izvora buke kombiniraju se u kvadratnom smislu. Uz to, šum pojačala također se filtrira ulaznom širinom pojasa ADC-a i filterom za uklanjanje neravnina između pojačala i ulaza ADC-a, vidi sliku 4.
Slika 4: Pojačalo zuma unosi buku, ali buku filtrira RC krug i ulazna mreža ADC-a.
Formula za proračun SNR sustava (ulazni terminal pojačala) je:
Gdje je: VnADC ulazni efektivni šum ADC-a; VnOPA je ulazna referentna buka pojačala (X puta veća od referentne vrijednosti ulaza) = jednopolna -3dB frekvencija.
S obzirom na opseg ADC-a, ulaznog referentnog šuma ADC-a i faktora skale pojačala, dvije su varijable koje će utjecati na cilj smanjenja SNR-a: granična frekvencija filtra i ulazni referentni šum pojačala.
Ako izvor signala ima niskofrekventne komponente, filtar se može dizajnirati tako da pojačalo može tolerirati veći ulazni šum (veći ulazni šum obično je povezan s manjom potrošnjom energije i troškovima). Ako ADC ograničava propusnost sustava, pojačalo mora imati dovoljno nisku ulaznu referentnu buku za kontrolu SNR gubitka unutar prihvatljivog raspona.
Na primjer, s obzirom na ulazni signal ± 10V i ADC 5VP-P u opsegu s SNR-om od 92dB, faktor skale (omjer ulaza i opsega cijele skale) je 4. Referentni šum ulaza ADC u tehnički list iznosi 44.4 nV RMS. Pod pretpostavkom da je granična frekvencija filtra 10kHz, a ulazni referentni šum pojačala 10nV / (Hz) 1/2, SNR gubitak je: SNR (gubitak) = 0.035dB.
Ako nema filtra i pretpostavlja se da je širina pojasa ADC 10 MHz, da bi se postigao isti SNR gubitak, potrebna ulazna referentna buka postaje 0.3 nV / (Hz) 1/2. Ovaj je zahtjev vrlo strog.
Za ADC s istom širinom pojasa od 10MHz, ako je SNR (gubitak) = 0.5dB, zahtjev pojačala za šumom je 4nV / (Hz) 1/2, što je relativno lako implementirati.
Stoga, ako se daju propusnost sustava i dopušteni SNR gubici, dodavanje proporcionalnog pojačala za pretvorbu visokonaponskog signala u niskonaponski ADC u cjelovitom opsegu bit će potpuno izvedivo rješenje. Kada se višestruki signali različitih amplituda zamaha napajaju u multipleksirani niskonaponski ADC, ovo rješenje može postići isplativ sustav.
Naš drugi proizvod:
