利用高精密模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器評(píng)估放大器的噪聲性能

典型的信號(hào)采集鏈路會(huì)包含放大器，ADC這些核心部件，根據(jù)實(shí)際的需求可能會(huì)有模擬開(kāi)關(guān)一類(lèi)的實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)采樣。通常放大器的噪聲會(huì)有針對(duì)不同放大拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，由噪聲密度在等效帶寬內(nèi)積分而成，然后使用TINA-TI這種仿真工具實(shí)現(xiàn)噪聲的仿真與驗(yàn)證。通常在高精密系統(tǒng)里面，噪聲是微弱的，比如下面的一個(gè)典型的放大電路，TINA-TI的仿真結(jié)果是噪聲為300uVrms,示波器對(duì)于這樣的噪聲測(cè)量是無(wú)能為力的。本文使用TI高性能的ADC的評(píng)估板,像ADS127L01，結(jié)合Matlab的計(jì)算，來(lái)對(duì)放大器的噪聲進(jìn)行一個(gè)評(píng)估。

圖（1）測(cè)試電路與仿真噪聲

通過(guò)高精密的ADC去采集運(yùn)放的輸出噪聲，可以利用幾個(gè)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(shù)據(jù)的噪聲有效值，F(xiàn)FT通過(guò)累加各頻率的分量，也可以計(jì)算出噪聲的有效值，直方圖用于觀察樣本的分布情況。運(yùn)放的噪聲和ADC的噪聲是相對(duì)獨(dú)立的，可以通過(guò)噪聲均方根的方式疊加。這樣，就將運(yùn)放噪聲的有效值與評(píng)價(jià)ADC噪聲性能的方法聯(lián)系起來(lái)了。

由上式可以看出，要用ADC評(píng)價(jià)放大器的噪聲，需要測(cè)量?jī)山M數(shù)據(jù)，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(píng)估板采集兩組數(shù)據(jù)，然后分別使用matlab函數(shù)求解繪制STDEV,直方圖和執(zhí)行快速傅立葉變換。下面來(lái)看一個(gè)具體使用到的matlab函數(shù)：

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值

hist(num,20); %將樣本NUM的分布按照直方圖繪出

y = fft(num,32768,1); %對(duì)樣本NUM進(jìn)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(píng)估板采樣的原始樣本，右下角為對(duì)樣本做FFT后對(duì)各噪聲分量的累加。通過(guò)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(jié)果，噪聲有效值為28.5uV。

圖（2）ADC噪聲分析

圖（3）為使用ADS127L01評(píng)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(duì)樣本做FFT后對(duì)各噪聲分量的累加。通過(guò)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(jié)果，噪聲有效值為263uV。

圖（3）ADC+放大器噪聲分析

根據(jù)噪聲的疊加原理，圖（1）所示放大電路實(shí)際測(cè)量噪聲為261uVrms，仿真的結(jié)果為300uVrms。

本文通過(guò)一個(gè)實(shí)際的例子演示了如何使用高精密ADC評(píng)估放大器的噪聲性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果一致，并且提供了典型的matlab函數(shù)，利用STDEV,直方圖，F(xiàn)FT對(duì)ADC采集后的數(shù)據(jù)，對(duì)放大器進(jìn)行噪聲分析是一種直觀且有效的方式。

審核編輯：郭婷