5 전압 레퍼런스 잡음이 잡음 없는 해상도에 미치는 영향

ENOB는 ADC 출력의 해상도를 중요하게 나타내지만, DC 성능은 고려하지 않습니다. DC 입력에서 ADC로 잡음의 해상도 영향을 이해하려면 회로의 잡음이 없는 해상도를 찾는 것을 고려해 보십시오. 방정식 4을(를) 사용하여 DC 신호를 측정하는 동안 ADC 디지털 출력의 LSB(최소 유효 비트) 수로 코드 스프레드를 관찰하여 잡음 없는 해상도를 계산할 수 있습니다.

레퍼런스 잡음이 시스템 정밀 성능에 미치는 영향을 강조하기 위해 동료들과 저는 REF70(0.23ppm _p-p 플리커 잡음 포함)과 REF50(3ppm _p-p 플리커 잡음 포함)을 사용하여 특정 신호 체인에 대해 DC 코드 확산 테스트를 수행했습니다. REF50과 REF70 모두 고정밀 ADC와 함께 사용되는 고정밀 전압 레퍼런스이며, DC 특성이 다릅니다. 하지만 이 실습에서는 신호 체인 회로에서 이러한 장치의 잡음 성능을 비교한 것만 목표로 했습니다.

이 설계는 ADS8900B 20비트 SAR ADC의 전체 범위 범위에 가까운 전압 레벨을 가진 안정적인 DC 소스를 위해 배터리를 사용하며, 이는 20kSPS에서 데이터를 캡처합니다. OPA2320은 게인 = 1과 함께 ADS8900B 입력을 구동하는 데 사용됩니다. 이 ADC는 레퍼런스 버퍼 드라이버를 통합하므로 선택적 레퍼런스 버퍼는 필요하지 않습니다. 전압 레퍼런스 출력에 간단한 저항-커패시터 저역 필터를 배치하면 전압 레퍼런스의 잡음이 더 낮아집니다. 그림 3에는 이러한 테스트에 사용되는 설정이 나와 있습니다.

전압 레퍼런스 옆에 있는 신호 체인 구성 요소에는 플리커 잡음이 있고, 이는 최종 코드 확산의 일부인 것입니다. 신호 체인은 다른 참조에서만 동일하게 유지되기 때문에 성능 수에 미치는 영향은 전압 레퍼런스 잡음에서만 발생하는 것이어야 합니다.

고정밀 시스템은 데이터 처리 기술을 사용하여 정밀도를 높이고 전체 해상도를 높입니다. 이 실험에서는 출력에 16을 곱하여 ADS8900B의 20비트 원시 데이터를 24비트 길이로 변환했습니다. 서로 다른 유한 임펄스 응답(FIR) 필터가 변환된 24비트 데이터를 처리했습니다. FIR 필터는 입력 값에 변경이 있을 경우 손쉽게 구현하고 더 빠르게 해결할 수 있습니다. 출력 데이터 속도는 20kSPS이지만 필터 특성에 정의된 대기 시간을 갖습니다.

24비트 레벨에서는 REF50 및 REF70의 잡음(따라서 정밀도)이 거의 비슷하며, 전체 잡음이 신호 체인과 광대역 잡음이 지배적입니다. 평균 코드 값의 차이는 보정으로 제거할 수 있는 정확도 사양인 레퍼런스 전압 차이 때문입니다. 이러한 결과는 그림 4 및 그림 5에서 볼 수 있습니다.

Octave 툴을 사용하여 다음과 같은 세 가지 디지털 필터를 사용하여 원시 데이터의 사후 처리를 수행합니다.

• 1,024탭 이동 평균 필터
• 801탭 17Hz 저역 필터
• 455탭 36Hz 저역 필터

그림 6에서는 이러한 필터에 대한 필터 응답을 보여 줍니다.

그림 7, 그림 8 및 그림 9은(는) 디지털 필터가 코드 스프레드에 미치는 영향을 보여줍니다.

방정식 4을(를) 사용하면 ADC 분해능의 REF50 및 REF70의 영향을 각 필터 프로필과 쉽게 비교할 수 있습니다. 이러한 테스트의 결과는 표 1에 요약되어 있습니다.

이 비교는 최고 정밀도 애플리케이션에서 잡음 없는 해상도를 계산할 때 REF70이 REF50보다 성능이 더 우수함을 보여주며, 이는 대부분 장치의 플리커 잡음 수준 차이 때문입니다. REF70을 사용할 때 감소된 코드 확산은 초저잡음으로 고정밀 애플리케이션에서 거의 2비트 해상도의 이점을 제공할 수 있음을 보여줍니다. 또한 저잡음 레퍼런스를 사용하면 고속 455 탭 필터를 사용하면서도 잡음이 없는 해상도를 유지할 수 있습니다. 저전압 레퍼런스 플리커 잡음은 코드 확산을 감소시키므로 잡음이 없는 해상도를 높일 수 있습니다. ENOB와 마찬가지로, 잡음은 저잡음 없는 해상도를 위한 신호 체인을 설계할 때 중요한 고려 사항입니다.