模数转换器中的噪声系数

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在ADC中，噪声系数（NF）和信噪比（SNR）是可以互换的。噪声系数对了解噪声密度十分有用，而信噪比衡量的则是目标频段中的噪声总量。尽管如此，我们来深入地了解一下噪声系数。有些折衷具有误导性，低噪声系数并不总是可以降低转换器中的前端噪声。

　　在尝试了解级联信号链的动态机制时，噪声系数用起来是十分方便的。当源电阻增加4倍时，噪声系数将提高6 dB，但是，增加的电阻同时会增加转换器中的约翰逊噪声。源电阻较高或者超过模拟前端（变压器或放大器）上满量程输入信号的一半时，目标频段中的噪声将变得难以控制，最终导致转换器性能下降。

　　为何如此？如果调低满量程输入，必须调高增益。在理论上，这样做看起来没什么问题，但是，变压器对增益带宽的依赖性比放大器高，因此，用高增益变压器优化噪声系数的做法会增加实现100 MHz以上的常见高中频应用的难度。

　　放大器也存在类似的问题：随着增益的提高，信号和放大器噪声都会增加，结果会降低转换器的性能。要维持性能不变，就需要采用基于高损耗阻性元件的高阶抗混叠滤波器。

　　在设计转换器前端时，一定要考虑噪声频谱密度（NSD）。噪声频谱密度通常以nV/√Hz为单位，对转换器具有十分重要的意义，因为要在数字域中对噪声频谱密度进行处理，以便区分并最终挑出频段中的目标信号。

　　模数转换器中的噪声系数

　　图1.AD9625前端设计示例。

　　总之，要把增益放在适当的位置，确保整个信号链中的输入和输出满量程信号均实现最大化。在任何信号链中，衰减、填充位或电阻都不是良性的噪声系数折衷考虑因素，因为结果会浪费功耗，而且电阻还会增加噪声。

　　噪声系数 = Pf– SNR – 10 log BW + 174 dBm，其中，Pf为输入网络的满量程功耗，SNR为输入网络的实测信噪比，BW为输入网络的–3 dB带宽，174 dBm为热噪底；热噪底 = kTBW，其中，k为1.38 ×10–23，室温下，T为300K。

　　参考文献

　　Kester，Walt，模数转换，ADI公司，2004．ISBN 0-916550-27-3．

　　MT-006：ADC噪声系数——一个经常被误解的技术参数

　　MT-052：运算放大器噪声系数：不要被误导

　　Brannon，Brad．分析ADC噪声对无线系统性能的影响，EE Times． 2003

　　Rob Reeder 是ADI公司（美国北卡罗来纳州格林斯博罗）的高级系统应用工程师，发表了大量有关各种应用的转换器接口、转换器测试和模拟信号链设计的论文。Rob拥有美国北伊利诺斯州大学的电气工程学士学位和硕士学位。