非常见问题解答:浅谈转换器的噪声（2）
问题：电阻噪声与模数转换器噪声相比有何不同？
回答： 在第一部分我们讨论了噪声指数（nf），并谈到了噪声频谱密度（nsd）的重要性，下面阐述一下原因。
模数转换器的总噪声频谱密度性能实际上反映为一系列参数，如热噪声、抖动以及量化噪声——也就是特定带宽（bw）上的信噪比（snr）。在设计人员试图理解被采样信号中的转换器最低可分辨“步进”时，转换器数据手册中给出的信噪比可以给他们提供现实的期望值。这个步进也被称为最低有效位或lsb。对于一个已知满量程输入的n位转换器，可以用下面的公式计算出信噪比和最低有效位大小，即snr=20*log（vsignal-rms / vnoise-rms），和lsb =（vrms︱fullscale/（2^n））。
通过重新整理这个公式可以得出转换器的噪声vnoise-rms =vsignal-rms*10^-snr/20。因此，对于一个80msps、snr=80db、输入满量程电压为2vpp的典型16位模数转换器来说，其噪声vnoiserms = 70.7uvrms，或lsb值为10.8uvrms。
下面让我们看一下电阻噪声。电阻噪声被定义为vresn=sqrt（4*k*t*b w*阻值），因此一个1kω的电阻在1hz带宽内将增加约4nv的噪声。公式中的t为开尔文温度（室温 = 290k），bw是带宽，k是波尔茨曼常数（1.38x10e- 23 瓦/秒/k）。对于转换器的电阻噪声，看起来似乎不必过于担心，但实际上千万不要被表象所迷惑。
让我们继续讨论如何降低噪声指数以便提高灵敏度。我们可以在转换器前端设计中增加增益和电阻来达到这一目的。在无源前端情况下，输入满量程降低2倍，意味着噪声指数将下降6db。不过，还要考虑非相关的电阻噪声。
例如，在40mhz带宽内，一个50ω的源电阻意味着电阻噪声有7.2uv。请注意：在单极点系统中，噪声带宽比信号带宽大1.57倍，这个50欧姆的电阻带来的热噪声对系统的信噪比的恶化不会超过0.1db，即，vnoise-rms=sqrt（7.2uv^2 + 70.7uv^2）=71uvrms。这个幅度不是太大，但我们还没有把系统中的增益考虑进去。当信号链中的增益为2时，一个50ω的电阻引起的噪声相当于14.4uvrms，而相反的负载侧的200ω终端电阻噪声将额外增加14.4uvrms。在这两个非相关的噪声源和的平方根（rss）共同作用下，总噪声将达20.3uvrms，相当于2个lsb!
这里的关键是转换器噪声远远大于电阻噪声项，即使转换器前有一些增益也是如此。然而，随着在整个信号链中使用更大的电阻和增益，总噪声将很容易使信噪比变差（lsb=1位=6db）。因此，在信号链中分配增益一定要小心，因为各种负面因素的效应会很快叠加。
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通过重新整理这个公式可以得出转换器的噪声vnoise-rms =vsignal-rms*10^-snr/20。因此，对于一个80msps、snr=80db、输入满量程电压为2vpp的典型16位模数转换器来说，其噪声vnoiserms = 70.7uvrms，或lsb值为10.8uvrms。
下面让我们看一下电阻噪声。电阻噪声被定义为vresn=sqrt（4*k*t*b w*阻值），因此一个1kω的电阻在1hz带宽内将增加约4nv的噪声。公式中的t为开尔文温度（室温 = 290k），bw是带宽，k是波尔茨曼常数（1.38x10e- 23 瓦/秒/k）。对于转换器的电阻噪声，看起来似乎不必过于担心，但实际上千万不要被表象所迷惑。
让我们继续讨论如何降低噪声指数以便提高灵敏度。我们可以在转换器前端设计中增加增益和电阻来达到这一目的。在无源前端情况下，输入满量程降低2倍，意味着噪声指数将下降6db。不过，还要考虑非相关的电阻噪声。
例如，在40mhz带宽内，一个50ω的源电阻意味着电阻噪声有7.2uv。请注意：在单极点系统中，噪声带宽比信号带宽大1.57倍，这个50欧姆的电阻带来的热噪声对系统的信噪比的恶化不会超过0.1db，即，vnoise-rms=sqrt（7.2uv^2 + 70.7uv^2）=71uvrms。这个幅度不是太大，但我们还没有把系统中的增益考虑进去。当信号链中的增益为2时，一个50ω的电阻引起的噪声相当于14.4uvrms，而相反的负载侧的200ω终端电阻噪声将额外增加14.4uvrms。在这两个非相关的噪声源和的平方根（rss）共同作用下，总噪声将达20.3uvrms，相当于2个lsb!
这里的关键是转换器噪声远远大于电阻噪声项，即使转换器前有一些增益也是如此。然而，随着在整个信号链中使用更大的电阻和增益，总噪声将很容易使信噪比变差（lsb=1位=6db）。因此，在信号链中分配增益一定要小心，因为各种负面因素的效应会很快叠加。
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