SNR損失に影響を与える主な要因は何ですか？

アナログ-デジタルコンバータ（ADC）を使用して設計する場合、ADCのフルスケール範囲を満たすように入力信号を減らすと、信号対雑音比（SNR）が大幅に低下すると誤解されがちです。）。

　　広い電圧振幅に対処する必要があるシステム設計者は、これについて特に懸念しています。さらに、高電圧で駆動されるADCと比較して、低電圧（5V以下）で駆動されるADCはより多様です。

　　通常、電圧供給が高いほど、消費電力が大きくなり、回路基板のレイアウトが複雑になります（たとえば、より多くのデカップリングコンデンサが必要になります）。

　　センサーまたはシステムによって生成される信号の多くは、バイポーラ高電圧信号です（広く使用されている±10V信号など）。ただし、この信号をADCに渡す簡単な方法はたくさんあります。さまざまな統合高電圧ADCソリューションも使用できます。SNRを犠牲にすることなく、この大規模なフルスケール入力信号を処理できます。これらのソリューションは、入力範囲の要件を満たすために非常に高い電源電圧を必要とし、消費電力も非常に大きくなります（図1）。これらの高電圧ADCは、シグナルコンディショニング（オペアンプ）ソリューションの選択肢も狭めます。信号を高電圧入力と低電圧入力の組み合わせで多重化する必要がある場合、システムコストは大幅に増加します（図2）。

SNR損失に影響を与える主な要因は何ですか？

　　
　　入力アンプを使用して、低電圧ADCのフルスケール入力範囲に一致するように信号をスケーリングすることもできます。この信号調整回路を多重化入力に接続して、すべての信号をADC範囲に合わせることができます（図3）。

SNR損失に影響を与える主な要因は何ですか？

　　
　　信号電圧スケーリングにアンプを使用する場合、ノイズはアンプ入力を基準にします。現時点では、アンプ自体の入力基準ノイズとADCの低減された入力基準ノイズの4つの主要なノイズ源があります。これらのXNUMXつのノイズ源は、XNUMX次項で組み合わされます。さらに、アンプのノイズは、ADCの入力帯域幅と、アンプとADC入力の間のアンチエイリアシングフィルタによってもフィルタリングされます。図XNUMXを参照してください。

SNR損失に影響を与える主な要因は何ですか？

　　
　　図4：ズームアンプはノイズを発生させますが、ノイズはRC回路とADCの入力ネットワークによってフィルタリングされます。
　　システムSNR（アンプ入力端子）の計算式は次のとおりです。

SNR損失に影響を与える主な要因は何ですか？
　　
　　ここで、VnADCはADCの入力RMSノイズです。 VnOPAは、アンプの入力リファレンスノイズ（入力リファレンスのX倍）=単極-3dB周波数です。

　　 ADCのフルスケール範囲、ADC入力基準ノイズ、および増幅器のスケール係数を考えると、SNR損失削減の目標に影響を与えるXNUMXつの変数があります。フィルターのカットオフ周波数と増幅器の入力基準ノイズです。

　　信号源に低周波数成分がある場合、アンプがより大きな入力ノイズに耐えられるようにフィルタを設計できます（入力ノイズが高いほど、通常、消費電力とコストが低くなります）。 ADCがシステムの帯域幅を制限する場合、アンプは許容範囲内でSNR損失を制御するために十分に低い入力基準ノイズを持っている必要があります。

　　たとえば、±10Vの入力信号と5dBのSNRを持つ92VP-Pフルスケール範囲ADCが与えられた場合、スケール係数（フルスケール範囲に対する入力の比率）は4です。データシートは44.4nVRMSです。フィルタのカットオフ周波数が10kHzで、増幅器の入力基準ノイズが10nV /（Hz）1/2であると仮定すると、SNR損失はSNR（loss）= 0.035dBです。

　　フィルタがなく、ADC帯域幅が10MHzであると仮定すると、同じSNR損失を達成するために、必要な入力基準ノイズは0.3nV /（Hz）1/2になります。この要件は非常に厳格です。

　　同じ帯域幅が10MHzのADCの場合、SNR（loss）= 0.5dBが許容される場合、増幅器のノイズ要件は4nV /（Hz）1/2であり、これは比較的簡単に実装できます。

　　したがって、システム帯域幅と許容SNR損失が与えられている場合、比例増幅器を追加して、フルスケール範囲で高電圧信号を低電圧ADCに変換することは完全に実行可能なソリューションになります。スイング振幅の異なる複数の信号を多重化低電圧ADCに供給する場合、このソリューションは費用効果の高いシステムを実現できます。