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    SNR 손실에 영향을 미치는 주요 요인은 무엇입니까?

     

    ADC(아날로그-디지털 변환기)로 설계할 때 ADC의 전체 범위를 충족하도록 입력 신호를 줄이면 신호 대 잡음비(SNR)가 크게 감소한다고 잘못 생각하기 쉽습니다. ).


       넓은 전압 스윙을 처리해야 하는 시스템 설계자는 특히 이에 대해 우려하고 있습니다. 또한 고전압으로 구동되는 ADC에 비해 저전압(5V 이하)으로 구동되는 ADC는 더욱 다양하다.


       더 높은 전압 공급은 일반적으로 더 많은 전력 소비와 더 복잡한 회로 기판 레이아웃으로 이어집니다(예: 더 많은 디커플링 커패시터가 필요함).


       센서 또는 시스템에서 생성되는 많은 신호는 양극성 고전압 신호(예: 널리 사용되는 ±10V 신호)입니다. 그러나 ADC를 통해 이 신호를 전달하는 간단한 방법이 많이 있습니다. 다양한 통합 고전압 ADC 솔루션도 사용할 수 있습니다. SNR을 희생하지 않고 이 대규모 전체 입력 신호를 처리할 수 있습니다. 이러한 솔루션은 입력 범위 요구 사항을 충족하기 위해 매우 높은 공급 전압이 필요하며 전력 소비도 상당히 큽니다(그림 1). 또한 이러한 고전압 ADC는 신호 조절(연산 증폭기) 솔루션의 선택 범위를 좁힙니다. 신호를 고전압 및 저전압 입력의 조합으로 다중화해야 하는 경우 시스템 비용이 크게 증가합니다(그림 2).

    SNR 손실에 영향을 미치는 주요 요인은 무엇입니까?


      
      또한 입력 증폭기를 사용하여 저전압 ADC의 전체 입력 범위와 일치하도록 신호를 조정할 수 있습니다. 이 신호 조절 회로는 다중화된 입력에 연결되어 모든 신호가 ADC 범위와 일치할 수 있습니다(그림 3).

    SNR 손실에 영향을 미치는 주요 요인은 무엇입니까?


      
       신호 전압 스케일링을 위해 증폭기를 사용할 때 잡음은 증폭기 입력을 기준으로 합니다. 이때, 두 가지 주요 노이즈 소스가 있습니다. 증폭기 자체의 입력 레퍼런스 노이즈와 ADC의 감소된 입력 레퍼런스 노이즈입니다. 이 두 노이즈 소스는 4차 항으로 결합됩니다. 또한 증폭기의 잡음은 ADC의 입력 대역폭과 증폭기와 ADC 입력 사이의 앤티 앨리어싱 필터에 의해 필터링됩니다(그림 XNUMX 참조).

    SNR 손실에 영향을 미치는 주요 요인은 무엇입니까?


      
       그림 4: 줌 증폭기는 잡음을 발생시키지만 잡음은 RC 회로와 ADC의 입력 네트워크에 의해 필터링됩니다.
      시스템 SNR(증폭기 입력 단자)의 계산 공식은 다음과 같습니다.

    SNR 손실에 영향을 미치는 주요 요인은 무엇입니까?
      
       여기서: VnADC는 ADC의 입력 RMS 잡음입니다. VnOPA는 증폭기의 입력 기준 잡음(입력 기준의 X배) = 단극 -3dB 주파수입니다.


       ADC, ADC 입력 기준 잡음 및 증폭기 스케일 팩터의 전체 범위가 주어지면 SNR 손실 감소의 목표에 영향을 미치는 두 가지 변수, 즉 필터의 차단 주파수와 증폭기의 입력 기준 잡음이 있습니다.


       신호 소스에 저주파 성분이 있는 경우 증폭기가 더 큰 입력 잡음을 견딜 수 있도록 필터를 설계할 수 있습니다(높은 입력 잡음은 일반적으로 더 낮은 전력 소비 및 비용과 관련됨). ADC가 시스템의 대역폭을 제한하는 경우 증폭기는 허용 가능한 범위 내에서 SNR 손실을 제어할 수 있을 만큼 충분히 낮은 입력 기준 잡음을 가져야 합니다.


       예를 들어 ±10V 입력 신호와 SNR이 5dB인 92VP-P 풀스케일 범위 ADC의 경우 스케일 팩터(전체 스케일 범위에 대한 입력의 비율)는 4입니다. 데이터 시트는 44.4nV RMS입니다. 필터의 차단 주파수가 10kHz이고 증폭기의 입력 기준 잡음이 10nV/(Hz) 1/2라고 가정하면 SNR 손실은 SNR(손실)=0.035dB입니다.


       필터가 없고 ADC 대역폭을 10MHz로 가정하면 동일한 SNR 손실을 얻기 위해 필요한 입력 기준 잡음은 0.3nV/(Hz) 1/2가 된다. 이 요구 사항은 매우 엄격합니다.


       10MHz의 동일한 대역폭을 갖는 ADC의 경우 SNR(loss)=0.5dB가 허용된다면 증폭기의 요구 잡음은 4nV/(Hz) 1/2로 비교적 구현하기 쉽다.


       따라서 시스템 대역폭과 허용 가능한 SNR 손실이 주어지면 전체 범위에서 고전압 신호를 저전압 ADC로 변환하는 비례 증폭기를 추가하는 것이 완전히 실현 가능한 솔루션이 될 것입니다. 스윙 진폭이 다른 여러 신호를 다중화된 저전압 ADC에 공급할 때 이 솔루션은 비용 효율적인 시스템을 달성할 수 있습니다.

     

     

     

     

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