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            EEPW首頁 > 工控自動化 > 設計應用 > A/D變換器對頻譜儀和信號分析儀動態(tài)范圍的影響

            A/D變換器對頻譜儀和信號分析儀動態(tài)范圍的影響

            ——
            作者: 時間:2006-06-19 來源: 收藏

            摘要: 在現(xiàn)代頻譜儀和信號分析儀中,隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的廣泛采用,高速A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)的應用及其性能越來越受到關(guān)注,因為它的性能直接影響頻譜儀和信號分析儀的精度,尤其是ADC的動態(tài)性能,包括信噪比和有效位數(shù)。ADC的動態(tài)范圍性能可以通過其位數(shù)(N)和采樣頻率(fs)計算出理論值,同時也可以通過實際測試獲得頻譜儀和信號分析儀的所選數(shù)字處理通道A/D處理的實際動態(tài)指標。是否ADC的位數(shù)越高意味著分析動態(tài)范圍越大呢?結(jié)果并非如此。要注意,在評價兩種儀表時,要采用同等條件和一致的指標定義方法,僅僅關(guān)注ADC的位數(shù)是錯誤的,應當關(guān)注其有效位數(shù)、信號和分析帶寬、采樣頻率和信噪比。

            ADC動態(tài)指標

            信噪比
            對于理想的ADC來說,在奈奎斯特帶寬內(nèi)的量化誤差為一白噪聲隨機信號,其量化方差。其中q=2-N為A/D變換器的量化間距,N為A/D字長N位。
            量化噪聲的信噪比為:
            SNR=6.02N+1.76+101g(fs/2B)   (1)

            式中,N是ADC的位數(shù),fs是采樣頻率,B是模擬輸入信號的帶寬。上式右邊第三項表示增加采樣頻率(過采樣)可提高信噪比。

            有效位數(shù)
            實際上ADC的誤差表現(xiàn)為靜態(tài)及動態(tài)非線性誤差,并且動態(tài)誤差隨輸入信號壓擺率的增加而變大。因此實際測量的信噪比要比理論上的小一些。計算有效位數(shù)(ENOB)可以從對方程(1)的N求解得到。
            ENOB(N)=[SNR-1.76-101g(fs/2B)]/6.02   (2)


            圖1

            圖2


            頻譜儀和信號分析儀內(nèi)部的ADC指標評估

            ADC動態(tài)所影響的信號分析儀指標
            典型的頻譜儀電路框圖如圖1所示。其中ADC處于中頻信號之后,對中頻(或視頻)信號進行采樣和轉(zhuǎn)換。ADC的性能影響到頻譜儀的噪聲和信噪比等指標,還影響到頻譜儀的失真指標,包括諧波、雜散和互調(diào)失真。

            對于現(xiàn)代信號分析儀來說,中頻和視頻信號的處理基本采用數(shù)字技術(shù)和矢量分析(IQ分析)技術(shù)。因此,DAC所造成的影響就顯得十分重要。

            舉例分析ADC動態(tài)所影響的信號分析儀指標
            以羅德與施瓦茨公司FSQ為例,對于A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)分析部分進一步分析,框圖如圖2。



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