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Other Parts Discussed in Post: ADS127L01, TINA-TI

作者：SZ OEM, Shen Jun

典型的信號采集鏈路會包含放大器，ADC 這些核心部件，根據實際的需求可能會有模擬開關一類的實現多路信號采樣。通常放大器的噪聲會有針對不同放大拓撲結構的計算方法，由噪聲密度在等效帶寬內積分而成，然后使用TINA-TI這種仿真工具實現噪聲的仿真與驗證。通常在高精密系統里面，噪聲是微弱的，比如下面的一個典型的放大電路，TINA-TI的仿真結果是噪聲為300uVrms,  示波器對于這樣的噪聲測量是無能為力的。本文使用TI高性能的ADC的評估板, 像ADS127L01，結合Matlab的計算，來對放大器的噪聲進行一個評估。

圖（1）測試電路與仿真噪聲

通過高精密的ADC去采集運放的輸出噪聲，可以利用幾個表征ADC噪聲性能的方法，STDEV，直方圖和快速傅立葉變換。STDEV就是離散數據的噪聲有效值，FFT通過累加各頻率的分量，也可以計算出噪聲的有效值，直方圖用于觀察樣本的分布情況。運放的噪聲和ADC的噪聲是相對獨立的，可以通過噪聲均方根的方式疊加。這樣，就將運放噪聲的有效值與評價ADC噪聲性能的方法聯系起來了。

由上式可以看出，要用ADC評價放大器的噪聲，需要測量兩組數據，一組是ADC本身的噪聲，一組是連接上放大器的噪聲。我們用ADS127L01的評估板采集兩組數據，然后分別使用matlab函數求解繪制STDEV, 直方圖和執行快速傅立葉變換。下面來看一個具體使用到的matlab函數：

Avg = mean(num); % 求解樣本NUM中的平均值

Std = std(num); % 求解樣本NUM的STDEV，就是RMS值

hist(num,20); % 將樣本NUM的分布按照直方圖繪出

y = fft(num,32768,1); % 對樣本NUM進行FFT

y1 = abs(y) / 16384; % 求解頻譜分量的幅值

power = y1.^2 * 0.5; % 求解頻譜分量的功率

TotalN = sqrt(***(power)); % 將噪聲頻譜累加

 圖2 為僅ADC噪聲分析，左上角為ADS127L01評估板采樣的原始樣本，右下角為對樣本做FFT后對各噪聲分量的累加。通過Matlab分析樣本，得到樣本的STDEV 為28.5uVrms。FFT分析做累加，得到了同樣的結果，噪聲有效值為28.5uV。

圖（2）ADC噪聲分析

圖（3）為使用ADS127L01評估板采集圖（1）所示電路的噪聲分析，同樣左上角為原始樣本，右下角為對樣本做FFT后對各噪聲分量的累加。通過Matlab分析樣本，得到樣本的STDEV 為263uVrms。FFT分析做累加，得到了同樣的結果，噪聲有效值為263uV。

圖（3）ADC+放大器噪聲分析

根據噪聲的疊加原理，圖（1）所示放大電路實際測量噪聲為261uVrms，仿真的結果為300uVrms。

本文通過一個實際的例子演示了如何使用高精密ADC評估放大器的噪聲性能，實驗結果與仿真結果一致，并且提供了典型的matlab函數，利用STDEV, 直方圖，FFT對ADC采集后的數據，對放大器進行噪聲分析是一種直觀且有效的方式。