Projektuojant naudojant analoginį-skaitmeninį keitiklį (ADC), lengva klaidingai manyti, kad sumažinus įvesties signalą, kad jis atitiktų visą ADC diapazoną, žymiai sumažės signalo ir triukšmo santykis (SNR) ).
Tai ypač rūpi sistemų projektuotojams, kuriems reikia kovoti su plačiomis įtampos svyravimais. Be to, lyginant su didesnės įtampos maitinamaisiais nuolatinės srovės maitinimo šaltiniais, žemos įtampos (5 V ar žemesnės) maitinimo šaltiniai yra įvairesni.
Didesnis įtampos tiekimas paprastai lemia didesnį energijos suvartojimą ir sudėtingesnį plokščių išdėstymą (pavyzdžiui, reikia daugiau atsiejimo kondensatorių).
Daugelis jutiklių ar sistemų generuojamų signalų yra bipoliniai aukštos įtampos signalai (pavyzdžiui, plačiai naudojamas ± 10 V signalas). Tačiau yra daug paprastų būdų perduoti šį signalą per ADC; taip pat gali būti naudojami įvairūs integruoti aukštos įtampos ADC sprendimai: jis gali valdyti šį didelį visos apimties įvesties signalą neaukodamas SNR. Šiems sprendimams reikalinga labai didelė maitinimo įtampa, kad būtų patenkinti įvesties diapazono reikalavimai, o jų energijos suvartojimas taip pat yra gana didelis (1 pav.). Šie aukštos įtampos ADC taip pat susiaurina signalo kondicionavimo (op amp) sprendimų pasirinkimą. Jei signalą reikia multipleksuoti kartu su aukštos ir žemos įtampos įvestimis, sistemos kaina žymiai padidės (2 pav.).
Taip pat galite naudoti įvesties stiprintuvą, jei norite mastelį keisti, kad jis atitiktų visos skalės žemos įtampos ADC įvesties diapazoną. Ši signalo kondicionavimo grandinė gali būti sujungta su multipleksuota įvestimi, kad visi signalai galėtų atitikti ADC diapazoną (3 pav.).
Kai signalo įtampai keisti naudojamas stiprintuvas, triukšmas nurodomas stiprintuvo įėjime. Šiuo metu yra du pagrindiniai triukšmo šaltiniai: paties stiprintuvo įvesties atskaitos triukšmas ir sumažintas ADC įvesties atskaitos triukšmas. Šie du triukšmo šaltiniai yra derinami kvadratiniu terminu. Be to, stiprintuvo triukšmą taip pat filtruoja ADC įvesties pralaidumas ir anti-aliasing filtras tarp stiprintuvo ir ADC įvesties, žr. 4 paveikslą.
4 paveikslas: Mastelio stiprintuvas sukelia triukšmą, tačiau triukšmą filtruoja RC grandinė ir ADC įvesties tinklas.
Sistemos SNR (stiprintuvo įvesties terminalo) skaičiavimo formulė yra:
Kur: VnADC yra ADC įvesties RMS triukšmas; VnOPA yra stiprintuvo įvesties etaloninis triukšmas (X kartus didesnis nei įvesties atskaitos taškas) = vieno poliaus -3dB dažnis.
Atsižvelgiant į visą ADC diapazoną, ADC įvesties atskaitos triukšmą ir stiprintuvo skalės koeficientą, yra du kintamieji, kurie turės įtakos SNR nuostolių mažinimo tikslui: filtro ribinis dažnis ir stiprintuvo įvesties etaloninis triukšmas.
Jei signalo šaltinyje yra žemo dažnio komponentai, filtrą galima sukonstruoti taip, kad stiprintuvas galėtų toleruoti didesnį įėjimo triukšmą (didesnis įėjimo triukšmas paprastai susijęs su mažesne energijos sąnaudomis ir sąnaudomis). Jei ADC riboja sistemos pralaidumą, stiprintuve turi būti pakankamai mažas įvesties atskaitos triukšmas, kad būtų galima kontroliuoti SNR nuostolius priimtinu diapazonu.
Pavyzdžiui, atsižvelgiant į ± 10 V įvesties signalą ir 5 VP-P viso diapazono ADC, kurio SNR yra 92 dB, skalės koeficientas (įvesties ir visos skalės diapazono santykis) yra 4. ADC įvesties atskaitos triukšmas duomenų lapas yra 44.4 nV RMS. Darant prielaidą, kad filtro ribinis dažnis yra 10 kHz, o stiprintuvo įvesties atskaitos triukšmas yra 10nV / (Hz) 1/2, SNR nuostolis yra: SNR (nuostolis) = 0.035dB.
Jei nėra filtro ir laikoma, kad ADC pralaidumas yra 10 MHz, norint pasiekti tą patį SNR nuostolį, reikalingas įvesties atskaitos triukšmas tampa 0.3 nV / (Hz) 1/2. Šis reikalavimas yra labai griežtas.
ADC, kurio dažnių juostos plotis yra 10 MHz, jei leidžiama SNR (nuostoliai) = 0.5 dB, stiprintuvo triukšmo poreikis yra 4nV / (Hz) 1/2, o tai palyginti lengva įgyvendinti.
Todėl, jei bus pateiktas sistemos pralaidumas ir leistinas SNR nuostolis, proporcingo stiprintuvo pridėjimas aukštos įtampos signalui paversti žemos įtampos ADC visoje skalėje bus visiškai įmanomas sprendimas. Tiekiant kelis signalus su skirtingomis svyravimo amplitudėmis į multipleksuotą žemos įtampos ADC, šiuo sprendimu galima pasiekti ekonomišką sistemą.
Mūsų kitas produktas:
