【導(dǎo)讀】在數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，噪聲系數(shù)與信噪比是能夠互換的。要想了解噪聲密度，必須對(duì)噪聲系數(shù)有所了解，而信噪比則是目標(biāo)頻段的噪聲總量。本文就由專家為我們解析模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的噪聲系數(shù)。
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(lái)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(guò)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(lái)沒(méi)什么問(wèn)題，但是，變壓器對(duì)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(jiàn)高中頻應(yīng)用的難度。
放大器也存在類似的問(wèn)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(duì)轉(zhuǎn)換器具有十分重要的意義，因?yàn)橐跀?shù)字域中對(duì)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(cè)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。
相關(guān)閱讀：
圖文細(xì)說(shuō)：三種測(cè)量噪聲系數(shù)的典型方法
探討時(shí)鐘抖動(dòng)和相位噪聲的測(cè)量方法
基礎(chǔ)回顧：電阻噪聲的細(xì)節(jié)解析以及小測(cè)試
