模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的噪聲系數(shù)

　　在ADC中，噪聲系數(shù)（NF）和信噪比（SNR）是可以互換的。噪聲系數(shù)對了解噪聲密度十分有用，而信噪比衡量的則是目標(biāo)頻段中的噪聲總量。盡管如此，我們來深入地了解一下噪聲系數(shù)。有些折衷具有誤導(dǎo)性，低噪聲系數(shù)并不總是可以降低轉(zhuǎn)換器中的前端噪聲。

　　在嘗試了解級(jí)聯(lián)信號(hào)鏈的動(dòng)態(tài)機(jī)制時(shí)，噪聲系數(shù)用起來是十分方便的。當(dāng)源電阻增加4倍時(shí)，噪聲系數(shù)將提高6 dB，但是，增加的電阻同時(shí)會(huì)增加轉(zhuǎn)換器中的約翰遜噪聲。源電阻較高或者超過模擬前端（變壓器或放大器）上滿量程輸入信號(hào)的一半時(shí)，目標(biāo)頻段中的噪聲將變得難以控制，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器性能下降。

　　為何如此？如果調(diào)低滿量程輸入，必須調(diào)高增益。在理論上，這樣做看起來沒什么問題，但是，變壓器對增益帶寬的依賴性比放大器高，因此，用高增益變壓器優(yōu)化噪聲系數(shù)的做法會(huì)增加實(shí)現(xiàn)100 MHz以上的常見高中頻應(yīng)用的難度。

　　放大器也存在類似的問題：隨著增益的提高，信號(hào)和放大器噪聲都會(huì)增加，結(jié)果會(huì)降低轉(zhuǎn)換器的性能。要維持性能不變，就需要采用基于高損耗阻性元件的高階抗混疊濾波器。

　　在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器前端時(shí)，一定要考慮噪聲頻譜密度（NSD）。噪聲頻譜密度通常以nV/√Hz為單位，對轉(zhuǎn)換器具有十分重要的意義，因?yàn)橐跀?shù)字域中對噪聲頻譜密度進(jìn)行處理，以便區(qū)分并最終挑出頻段中的目標(biāo)信號(hào)。

　　圖1.AD9625前端設(shè)計(jì)示例。

　　總之，要把增益放在適當(dāng)?shù)奈恢?，確保整個(gè)信號(hào)鏈中的輸入和輸出滿量程信號(hào)均實(shí)現(xiàn)最大化。在任何信號(hào)鏈中，衰減、填充位或電阻都不是良性的噪聲系數(shù)折衷考慮因素，因?yàn)榻Y(jié)果會(huì)浪費(fèi)功耗，而且電阻還會(huì)增加噪聲。

　　噪聲系數(shù) = Pf– SNR – 10 log BW + 174 dBm，其中，Pf為輸入網(wǎng)絡(luò)的滿量程功耗，SNR為輸入網(wǎng)絡(luò)的實(shí)測信噪比，BW為輸入網(wǎng)絡(luò)的–3 dB帶寬，174 dBm為熱噪底；熱噪底 = kTBW，其中，k為1.38 ×10–23，室溫下，T為300K。

　　參考文獻(xiàn)

　　Kester，Walt，模數(shù)轉(zhuǎn)換，ADI公司，2004．ISBN 0-916550-27-3．

　　MT-006：ADC噪聲系數(shù)——一個(gè)經(jīng)常被誤解的技術(shù)參數(shù)

　　MT-052：運(yùn)算放大器噪聲系數(shù)：不要被誤導(dǎo)

　　Brannon，Brad．分析ADC噪聲對無線系統(tǒng)性能的影響，EE Times． 2003

　　Rob Reeder 是ADI公司（美國北卡羅來納州格林斯博羅）的高級(jí)系統(tǒng)應(yīng)用工程師，發(fā)表了大量有關(guān)各種應(yīng)用的轉(zhuǎn)換器接口、轉(zhuǎn)換器測試和模擬信號(hào)鏈設(shè)計(jì)的論文。Rob擁有美國北伊利諾斯州大學(xué)的電氣工程學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位。