詳細(xì)介紹
西門子模塊6ES7-355-0VH10-0AE0
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用戶可能很希望通過檢查頻譜曲線以及查看噪底深度來比較轉(zhuǎn)換器,如圖2所示。進(jìn)行此類比較時,重要的是需記住頻譜曲線取決于快速傅里葉變換的大小。較大的FFT會將帶寬分成更多的頻率倉,每個頻率倉內(nèi)累積的噪聲會變少。這種情況下,頻譜曲線會顯示較低的噪底,但這只是一個繪圖偽像。事實(shí)上,噪聲頻譜密度并未發(fā)生改變(這是改變頻譜分析儀分辨率帶寬的信號處理等效情況)。
終,如果采樣速率等于FFT大小(或者成適當(dāng)比例),那么比較噪底是可以接受的,否則可能產(chǎn)生誤解。這里,NSD規(guī)格可用于直接比較。
當(dāng)噪底不平坦時
到目前為止,關(guān)于調(diào)制增益和過采樣的討論都假設(shè)噪聲在轉(zhuǎn)換器的奈奎斯特頻帶內(nèi)是平坦的。這在很多情況下是一個合理的近似,但也有某些情況不適用該假設(shè)。
例如,之前已經(jīng)提到調(diào)制增益并不適用于雜散,雖然過采樣系統(tǒng)在頻率規(guī)劃和雜散處理方面可能有一些優(yōu)勢。此外,1/f噪聲和部分類型的振蕩器相位噪聲具有頻譜整形性能,調(diào)制增益計算不適用于此類情況。
噪聲不平坦的一個重要情形是使用Σ-Δ型轉(zhuǎn)換器時。
Σ-Δ型調(diào)制器通過對反饋回路(量化器輸出)調(diào)制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對量化噪聲整形,從而降低目標(biāo)頻段內(nèi)的噪聲,但代價是增加帶外噪聲,如圖3所示。
即使不進(jìn)行完整分析,也可以看到,對于Σ-Δ型調(diào)制器,使用NSD作為確定帶內(nèi)可用動態(tài)范圍的規(guī)格尤為有效。圖4顯示的是高速帶通Σ-Δ型ADC放大后的噪底曲線。在75 MHz目標(biāo)頻段內(nèi)(中心頻率為225 MHz),噪聲為-160 dBFS/Hz左右,SNR超過74 dBFS。
一個總結(jié)性范例
為了總結(jié)并強(qiáng)化我們已經(jīng)討論過的內(nèi)容,現(xiàn)在看圖5所示曲線。本例考慮五款A(yù)DC:一款12位、2.5 GSPS ADC(紫色曲線);一款14位、1.25 GSPS ADC,時鐘速度分別為500 MSPS(紅色曲線);和1 GSPS(綠色曲線);一款14位、3 GSPS ADC,時鐘速度為3 GSPS(灰色曲線);一款不同的14位、500 MSPS ADC,時鐘速度為500 MSPS(藍(lán)色曲線);后是圖4提到的帶通Σ-Δ型ADC。前五種情況的特征是具有近乎白色(平坦)的噪底,而Σ-Δ型ADC具有浴盆形噪聲頻譜密度,在目標(biāo)頻段內(nèi)的噪聲很低,如圖4所示。
在每種情況中,采樣速率保持固定,通過改變數(shù)字濾波器(其移除數(shù)字化處理后的帶外噪聲)的截止頻率來掃描信號帶寬。由此可得出幾點(diǎn)結(jié)論。
首先,降低信號帶寬會提高動態(tài)范圍。然而,紫色、紅色和綠色直線的斜率始終為3 dB/倍頻程,因?yàn)槠銷SD曲線是平坦的。藍(lán)色曲線的斜率(Σ-Δ型ADC)則相當(dāng)陡峭。當(dāng)在通道的陡坡上掃描抽取濾波器的截止頻率時,上述現(xiàn)象尤其明顯,因?yàn)樵擃l率的每次遞增/遞減都會導(dǎo)致濾除的噪聲功率量迅速變化。
其次,各曲線具有不同的垂直偏移,這取決于轉(zhuǎn)換器的NSD。例如,紅色和綠色曲線對應(yīng)相同的ADC。但綠色曲線(1 GSPS)高于紅色曲線(500 MSPS),因?yàn)槠銷SD比其他情況低3 dB/Hz,其時鐘是紅色曲線的兩倍。
圖5顯示了多種不同高速ADC的SNR與信號帶寬的權(quán)衡關(guān)系:五個斜率遵從平坦噪底的3 dB/倍頻程調(diào)制增益,而AD6676由于噪底整形而表現(xiàn)出更陡的調(diào)制增益。