不損失SNR前提下 高壓信號轉(zhuǎn)換成低壓ADC輸入
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模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）電路設(shè)計中，特別是當系統(tǒng)設(shè)計人員需要處理各種擺幅的電壓信號時，很容易產(chǎn)生的一個誤區(qū)是縮小輸入信號范圍，以適應(yīng)ADC的滿量程范圍，這將大大降低信噪比（SNR）。綜合來看，相對于高壓ADC，低壓（5V或者更低）ADC的選擇范圍更寬。高電源電壓通常會導致大的功耗，電路板設(shè)計也更加復(fù)雜，例如，需要使用更多的去耦電容。這篇應(yīng)用筆記討論了由于信號縮小所引起的SNR損失，如何量化這些損失，以及如何減小這些損失。
很多傳感器或系統(tǒng)輸出為高壓或雙極性消耗，比如，常見的±10V。當然，可以通過一些簡單的方法將這些信號送入ADC，進而利用高壓ADC處理這些寬范圍輸入信號，不會造成SNR損失。這些方案通常需要額外的高壓電源，以滿足輸入量程及較大功率的需求（圖1所示）。這些高壓ADC同時也限制了信號調(diào)理（運放）方案的使用。如果信號需要復(fù)用高壓和低壓輸入，實際電路的成本將更高（圖2）。
圖1. MX574A高壓ADC能夠支持較大的輸入信號量程，但也消耗較高功率。
為了實現(xiàn)這個方案，必須采用±15V雙電源和+5V單電源供電。
圖2. 多路復(fù)用、雙極性高壓輸入ADC系統(tǒng)。
也可以使用一個輸入運放，將信號縮小到低壓ADC的滿量程范圍。該信號調(diào)理電路可以連接到一個單獨的模擬開關(guān)輸入口（如圖3），將所有信號都限制在ADC輸入范圍以內(nèi)。
圖3. 采用單片MAX11100低壓ADC和復(fù)用器處理高壓輸入。
采用運放縮小信號電壓范圍時，可以將運放噪聲等效為運放的輸入噪聲。這里主要有兩個噪聲源：運放參考輸入噪聲和壓縮信號產(chǎn)生的ADC輸入參考噪聲。這兩個噪聲源組合成一個二次方程。此外，放大器噪聲經(jīng)過ADC輸入帶寬以及運放和ADC輸入之間的抗混疊濾波器濾波，如圖4所示。
圖4. 比例運放引入噪聲，但該噪聲經(jīng)過RC濾波和ADC輸入網(wǎng)絡(luò)濾波。
系統(tǒng)SNR （運放輸入前端）公式為：
其中：
nADC = ADC的輸入RMS噪聲
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