Kapag ang pagdidisenyo gamit ang isang analog-to-digital converter (ADC), madaling magkamaling maniwala na ang pagbawas ng input signal upang matugunan ang buong saklaw na saklaw ng ADC ay magiging sanhi ng isang makabuluhang pagbaba sa signal-to-noise ratio (SNR ).
Ang mga taga-disenyo ng system na kailangang harapin ang malawak na pag-swipe ng boltahe ay partikular na nag-aalala tungkol dito. Bilang karagdagan, kumpara sa mga ADC na pinalakas ng mas mataas na mga voltages, ang mga ADC na pinapatakbo ng mga mababang boltahe (5V o mas mababa) ay mas magkakaiba.
Ang mas mataas na supply ng boltahe ay karaniwang humahantong sa mas malaking pagkonsumo ng kuryente at mas kumplikadong layout ng circuit board (halimbawa, kailangan ng higit na mga decoupling capacitor).
Maraming mga signal na nabuo ng mga sensor o system ay bipolar high voltage signal (tulad ng malawak na ginamit na signal na 10 1V). Gayunpaman, maraming mga simpleng paraan upang maipasa ang signal na ito sa pamamagitan ng ADC; ang iba't ibang mga integrated high-voltage ADC na solusyon ay maaari ding gamitin: maaari nitong hawakan ang malaking signal ng input ng buong sukat nang hindi sinasakripisyo ang SNR. Ang mga solusyon na ito ay nangangailangan ng isang napakataas na boltahe ng suplay upang matugunan ang mga kinakailangan sa saklaw ng pag-input, at ang kanilang pagkonsumo ng kuryente ay malaki rin (Larawan 2). Ang mga ADC na may mataas na boltahe na ito ay nagpapakipot din ng pagpili ng mga solusyon sa signal conditioning (op amp). Kung ang signal ay kailangang multiplexed sa isang kumbinasyon ng mga high-voltage at low-voltage input, ang gastos ng system ay tataas nang malaki (Larawan XNUMX).
Maaari mo ring gamitin ang input amplifier upang sukatin ang signal upang tumugma sa saklaw ng buong sukat ng pag-input ng mababang boltahe na ADC. Ang circuit ng signal conditioning na ito ay maaaring konektado sa isang multiplexed input upang ang lahat ng mga signal ay maaaring maging linya sa hanay ng ADC (Larawan 3).
Kapag gumagamit ng isang amplifier para sa pag-scale ng boltahe ng signal, ang ingay ay isinangguni sa input ng amplifier. Sa oras na ito, mayroong dalawang pangunahing mga mapagkukunan ng ingay: ang ingay ng sanggunian sa pag-input ng amplifier mismo, at ang pinababang ingay ng sanggunian sa pag-input ng ADC. Ang dalawang mapagkukunan ng ingay na ito ay pinagsama sa isang quadratic na term. Bilang karagdagan, ang ingay ng amplifier ay sinala rin ng input bandwidth ng ADC at ang anti-aliasing filter sa pagitan ng amplifier at ng ADC input, tingnan ang Larawan 4.
Larawan 4: Ang zoom amplifier ay nagpapakilala ng ingay, ngunit ang ingay ay sinala ng RC circuit at ang input network ng ADC.
Ang pormula ng pagkalkula ng system SNR (terminal ng input ng amplifier) ay:
Kung saan: Ang VnADC ay ang pag-input ng ingay ng RMS ng ADC; Ang VnOPA ay ang ingay ng sanggunian sa pag-input ng amplifier (X beses ang sanggunian sa pag-input) = dalas ng poste -3dB.
Dahil sa buong saklaw na saklaw ng ADC, ingay ng sangguniang input ng ADC, at kadahilanan ng laki ng amplifier, mayroong dalawang mga variable na makakaapekto sa layunin ng pagbawas ng pagkawala ng SNR: ang dalas ng cutoff ng filter at ingay ng sangguniang pag-input ng amplifier.
Kung ang mapagkukunan ng signal ay may mababang mga bahagi ng dalas, ang isang filter ay maaaring idisenyo upang ang amplifier ay maaaring tiisin ang mas malaking ingay ng pag-input (ang mas mataas na ingay ng pag-input ay karaniwang nauugnay sa mas mababang paggamit ng kuryente at gastos). Kung nililimitahan ng ADC ang bandwidth ng system, ang amplifier ay kailangang magkaroon ng mababang sapat na ingay ng sanggunian sa pag-input upang makontrol ang pagkawala ng SNR sa loob ng isang katanggap-tanggap na saklaw.
Halimbawa, binigyan ng isang ± 10V input signal at isang 5VP-P full-scale range ADC na may isang SNR na 92dB, ang scale factor (ang ratio ng input sa buong saklaw na saklaw) ay 4. Ang ingay ng sangguniang input ng ADC sa ang sheet ng data ay 44.4 nV RMS. Ipagpalagay na ang dalas ng cutoff ng filter ay 10kHz at ang ingay ng sangguniang pag-input ng amplifier ay 10nV / (Hz) 1/2, ang pagkawala ng SNR ay: SNR (pagkawala) = 0.035dB.
Kung walang filter at ang ADC bandwidth ay ipinapalagay na 10MHz, upang makamit ang parehong pagkawala ng SNR, ang kinakailangang ingay ng sanggunian sa pag-input ay magiging 0.3nV / (Hz) 1/2. Napakahigpit ng kinakailangang ito.
Para sa isang ADC na may parehong bandwidth na 10MHz, kung pinapayagan ang SNR (pagkawala) = 0.5dB, ang kinakailangang ingay ng amplifier ay 4nV / (Hz) 1/2, na medyo madaling ipatupad.
Samakatuwid, kung ang bandwidth ng system at pinapayagan na pagkawala ng SNR ay ibinigay, pagdaragdag ng isang proporsyonal na amplifier upang i-convert ang signal na may mataas na boltahe sa isang mababang boltahe na ADC sa saklaw na buong sukat ay magiging isang ganap na magagawa na solusyon. Kapag nagpapakain ng maraming signal na may iba't ibang mga amplitude ng swing sa isang multiplexed low-voltage ADC, ang solusyon na ito ay maaaring makamit ang isang system na epektibo sa gastos.
Ang aming iba pang mga produkto:
