概要

提示：这里可以添加技术概要

      信号链构成单元参数示例，以 LTC2387-18（2 级 AFE）为例，这是一款 15MSPS 精密 SAR 转换器，带有缓冲级和数字滤波器。传感器级的信号频率为 1MHz，幅值为 1V，8.2 倍的增益将输入端信号由 1V 放大到 8.2V 峰峰值。增益级的噪声带宽为 4MHz*π/2，RTI 噪声谱密度为 2.3nV/rtHz，RTL 噪声谱密度为 19nV/rtHz。缓冲级噪声 带宽为 70MHz*π/2，噪声谱密度为 2nV/rtHz，转到 ADC 奈奎斯特频率给出的噪声带 宽为 7.5MHz，噪声谱密度为 16.8nV/rtHz

整体架构流程

提示：这里可以添加技术整体架构

      可以看出增益级的噪声谱密度较高但噪声带宽较窄；相对于 增益级，ADC 的噪声谱密度较低但带宽较宽；缓冲器的噪声谱密度相当低但具有较宽 的带宽。右部饼图显示了噪声占比，蓝色是增益级噪声，绿色是缓冲级边缘噪声，约 为 24uV，橙色是 ADC 噪声，大概为 46uV。总体而言，增益级和缓冲级得到了很好的 平衡，总噪声为 68uVRMS，整个信号链的 SNR 为 92.6dB，此值是较为理想的 SNR。

技术名词解释

本节主要是举例。

技术细节

提示：这里可以添加技术细节

1.移除缓冲级对信号链的影响

   信号链设计中可能会出现如下图 所示案例，即取消信号链中的缓冲级，通过增益级 直接驱动 ADC，这种设计是可取还是需要避免呢

 若移除缓冲级，则增益级滤波器噪声折合到 ADC 输入端，如图 6 右部所示。增益级噪 声具有高噪声谱密度，并且增益级会将所有信号由小幅度放大至大幅度，这样极大的 扩展了放大器的噪声谱密度。带宽较低时增益级噪声本身已起主导作用，更不用说增 益级带宽被提高到更高频率。增益级噪声谱密度相对于 ADC 而言占主导地位，移除缓 冲级后极大的增加了噪声谱密度。

     右部设计取消了缓冲级。仍以 LTC2387-18 为设计实例，频率为 1MHz 的信号通过 8.2 倍的增益由 1V 放大至 8.2V。若取消缓冲级，则增益级滤波器的带宽必 须从信号频率的四倍增加到缓冲带宽，这是采样时需要建立反冲而必须具备的带宽， 因此增益级噪声带宽由 4MHz*π/2 扩展为 75MHz*π/2，增加约 19 倍。 由噪声谱图可以直观的看出增益级噪声起决定作用，总有效噪声是 207μVRMS，总 SNR 为 82.9dB。由饼图看出，移除缓冲级后 SNR 降低 10dB。 因此，从噪声和 SNR 角度而言，不建议工程师在实际设计中移除缓冲级

2.SNR 与增益的关系

信号链设计中，尤其是小信号设计时增益级提供的增益值是我们需要考虑的。图 9 给 出了 SNR 与输入信号幅度之间的关系。

 若一个100mV到3.5V可变幅度的信号按比例放大到ADC满量程，可以得到几个结论：

• 当信号幅度为 100mV 时 SNR 接近 77dB；

• 增益级 SNR 在 77~105dB 之间变化，随着信号的增大 SNR 会上升，上升大小取决 于信号幅度；

• 噪声和信号以相同的系数放大，因此增益级输出端的 SNR 与增益系数无关，

• 图 右部是 15MSPS LTC2387-18 转换器示例，虚线 ADC SNR 为 96dB，蓝色为 AFE SNR，橙色为整个信号链 SNR。由图示看出 900mV 以下 SNR 由 AFE 主导，超出 该幅值时由 ADC 主导。

图 示例中的信号幅值为 200mV，带宽为 1MHz，增益级噪声谱密度大约为 2nV/rtHz， 噪声为 5uVRMS。蓝色总 SNR 呈指数增长，最终收敛于 83dB，大约是 9 倍增益，AFE 噪声大概是 ADC 噪声的 2~3 倍。理论上可以获得更高的增益，但实际仅限于此，这通 常是由放大器带宽决定。

 

小结

提示：这里可以添加总结

      若要产生更大增益，如 41 或 42 倍增益，则可能需要多个增益级。增加增益级，一方 面会增加功耗，一方面有可能引入失真。闭环增益越高，失真则越大。为避免失真， 这也是为何不放置过多增益的原因。另外，大信号摆幅也会产生放大器失真，因此即 使放大器增益相当低但输出信号摆幅过大也会对信号造成额外的失真。 通常而言，ADC 采用中需要将信号放大到最佳工作点，实现理想线性度，同时具有最 佳的失真，-1dB 是推荐的最有效点。