利用噪声频谱密度评估软件定义系统中的ADC

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除噪声 的同时 ,丢弃 另一半 频段 。这 就引 出 了一条 并 提供 更快 的时钟 (比如 150 MHz),从 而让 噪声 分
有用 的经 验法则 :存在 白噪 声时 ,调制 增益 可使 过采 布在更宽的带宽 内,使红框内的噪声更少 。
样信号的 SNR额外改善 3 dB/倍频程。在图 l示例
了 阐述 。
器 的奈 奎斯 特 频段 内 ,本 例 中为直 流 至 37.5 MHz。
(2)如何使 SNR改善 9 dB?由于 目标信号在直
1 信 噪 比 (SNR)
流与 4 MHz之 间 ,故 可相 对 简单 地 应用 数 字 后 处理
以滤除或抛弃一切高于 4 MHz的频率 (仅保留红框
表 2显 示 了 部 分 极 为 不 同 的 转 换 器 的 多 种
制增益成 函数关系。③ “3 dB/倍频程”的经验法则 SNR 和采 样 速 率 组合 ,但 所 有 组 合 都 具 有 相 同 的
中 ,可 将 此 技 巧应 用 到 三 个倍 频 程 中 (系 数 为 8), 从而使 SNR改善 9 dB。
2 噪声频谱密度 (NSD)
当然 ,如果信号处于直流和 4 MHz之 间某处 ,
针 对 SNR存 在 的 问题 ,这就 提 出 了一 个 新 问
那么就不需要使用快速 75 MSPS ADC来捕 捉信号。 题 :如 要快 速 比较转换 器 滤除噪 声 的性 能 ,有没 有 比
NSD是 用频 谱密 度 (通 常 以相对 于 每赫 兹带 宽
同时保 留 目标 频段 内的噪底 。
的 满 量 程 的分 贝 数 为 单 位 ,即 dBFS/Hz)来 刻 画噪
(3)Baidu Nhomakorabea在 的问题 :①正 确进 行抽 取很重 要 。如果 声 ,便 可 比较 不 同采 样 速 率 的 ADC,从 而确 定 哪 个
【l】国 集 成 电 路
C hina Integrated C ircuit
应 用
利用噪声频谱密度评估 软件定义系统中的 ADC
D avid R obertson,Gabriele M anganaro
(ADI公 司 )
月IJ吾
程信 号 功率 与其他 所有 频 率 的总 噪声功 率 之 比。 图 1是 以 ADC为 例 ,频谱 从 直 流 到 37.5 MHz
SNR从数据转换器数据手册知 ,其是表示满量 中的内容 )。这里将需要丢弃 7/8噪声 ,保 留所有信
号能量 ,从 而有效 SNR改善 9 dB。换句话 说 ,如果 知 内的 噪声量 。其 中一 种 是选择 具 有更 好 SNR(噪 声
道信号位于频段的一半中,那么事实上可以在仅消 更 低 ) 的 ADC。或 者也 可 以使 用相 同 SNR的 ADC
更好的被滤除。应该看到 ,比较在不 同速度下工作的
(1)我 的 目标频 段 内有 多少 噪声 ?如 图 1所 示 。
系统 ,或者查看软件定义系统如何处理不同带宽的 假 设 ADC时 钟频 率 为 75 MHz。对 输 出数 据 运行 快
信号时 ,噪声频谱密度 (NSD)可 以说 比信噪 比 速傅里叶变换 (Fn’),图中显示 的频谱为从直流到
随着高速和极 高速 ADC以及数字处理产品的 问 ,显示 了在 9 dB调制 增益 的 图形表 。
不断涌现 ,正使得过采样方法成为宽带和射频系统
的实用架构方法。尤其是 ,半导体技术进步为提升
速 度 以及 降低 成 本做 出 了诸 多 贡献 (比如 价格 、功
耗和电路板面积 ),让系统设计人员得 以探索转换
和 处理 信 号 的各种 方法 —— 无论 使 用具有 平 坦噪声 频谱 密度 的宽 带转 换器 ,或 是使 用在 目标 频段 内具 有 高 动态 范 围的带 限 ∑一△ 型转换 器 。这些 技术 改 变 了设 计 工程 师对 信号 处理 的认 识 ,以及 他 们定 义


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只需 9 MSPS或 10 MSPS便 能满 足奈 奎 斯 特 采样 定 SNR更 好 的 规 格 ? 此 时 就 会 用 到 噪 声 频 谱 密 度
理对 带 宽 的要 求 。事 实上 ,可 以对 75 MSPS采样 数 (NSD)。
据进 行 1/8抽 取 ,产生 9.375 MSPS有效 数 据 速 率 ,
的滤 波器 会 消除 一切 噪声 ,实 现理 想 3 dB/倍 频程 个 70 dB SNR 的数 据转 换器 为例 ,说 明随 着采 样速 的调制增 益 ,但实 际滤 波器不 具备 此类 特性 。在 实 率从 100 MHz提高到 2 GHz,NSD有何改善。
践 中 ,所 需 的滤 波器 阻带 抑 制量 与试 图 实现 多 少 调
只是 每 8个样 本丢弃 7个 ,那 么噪声 会折 叠或 混叠 器件 在特 定应 用 中可能具 有最低 噪声 。
回到 目标 频段 内 ,这样 将得 不 到任何 SNR改善 。必
(1)NSD与 SND在相 关 案例 应 用 比较 。表 l、
须先 滤 波再抽 取 ,才能 实现调 制增 益 。② 虽 然理想 表 2显示 其 与 SNR的 比对 结果 。其 中 ,表 1是 以一
(SNR)更 为有 用 。它 不能 取代 其 他规 格 ,但会 是 分 37.5 MHz。本例中 ,目标信号是唯一 的大信号 ,且碰
析 工具 箱 中的一个 有用 参 数指标 。本文 就利 用 NSD 巧 位 于 2 MHz附 近 。对于 白噪声 (大部 分 情况 下包
评 估 软 件 定 义 系统 中 的 ADC相 关 问题 和 方 法 进 行 含 量 化 噪 声 和 热 噪声 )而 言 ,噪声 均 匀 分 布 在转 换
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产品规格 的方式 。其中,噪声频谱密度 (NSD)及其 在 目标频 段 内的分 布,能 够让 其 在数 据 转 换过 程 中 图 1 9dB调制增益的图形表示 :保留全部信号,丢弃 7/8噪声
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