عند التصميم باستخدام محول تناظري إلى رقمي (ADC) ، من السهل الاعتقاد خطأً أن تقليل إشارة الإدخال لتلبية النطاق الكامل لـ ADC سيؤدي إلى انخفاض كبير في نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) ).
يهتم مصممو النظام الذين يحتاجون إلى التعامل مع تقلبات الجهد الواسع بهذا الأمر بشكل خاص. بالإضافة إلى ذلك ، بالمقارنة مع ADCs التي تعمل بجهد أعلى ، فإن ADCs التي تعمل بجهد منخفض (5 فولت أو أقل) تكون أكثر تنوعًا.
عادةً ما يؤدي إمداد الجهد العالي إلى زيادة استهلاك الطاقة وتخطيط أكثر تعقيدًا للوحة الدائرة (على سبيل المثال ، يلزم المزيد من مكثفات الفصل).
العديد من الإشارات التي تم إنشاؤها بواسطة أجهزة الاستشعار أو الأنظمة هي إشارات ثنائية القطب عالية الجهد (مثل إشارة ± 10V المستخدمة على نطاق واسع). ومع ذلك ، هناك العديد من الطرق البسيطة لتمرير هذه الإشارة عبر ADC ؛ يمكن أيضًا استخدام العديد من حلول ADC المتكاملة عالية الجهد: يمكنها التعامل مع إشارة الإدخال الكبيرة ذات النطاق الكامل دون التضحية بـ SNR. تتطلب هذه الحلول جهد إمداد عالي جدًا لتلبية متطلبات نطاق الإدخال ، كما أن استهلاكها للطاقة كبير جدًا (الشكل 1). تعمل ADCs عالية الجهد أيضًا على تضييق نطاق اختيار حلول تكييف الإشارة (المرجع أمبير). إذا احتاجت الإشارة إلى مضاعفة إرسالها بمزيج من مدخلات الجهد العالي والجهد المنخفض ، فستزيد تكلفة النظام بشكل كبير (الشكل 2).
يمكنك أيضًا استخدام مضخم الإدخال لتوسيع نطاق الإشارة لتتناسب مع نطاق الإدخال الكامل لوحدة ADC ذات الجهد المنخفض. يمكن توصيل دائرة تكييف الإشارة هذه بإدخال متعدد الإرسال بحيث يمكن أن تكون جميع الإشارات متماشية مع نطاق ADC (الشكل 3).
عند استخدام مكبر للصوت لقياس جهد الإشارة ، تتم الإشارة إلى الضوضاء إلى إدخال مكبر الصوت. في هذا الوقت ، يوجد مصدران رئيسيان للضوضاء: الضوضاء المرجعية المدخلة للمكبر نفسه ، والضوضاء المرجعية المنخفضة للإدخال في ADC. يتم الجمع بين مصدري الضوضاء هذين في مصطلح تربيعي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم أيضًا ترشيح ضوضاء مكبر الصوت من خلال عرض النطاق الترددي للإدخال الخاص بـ ADC والمرشح المضاد للتشويش بين مكبر الصوت ومدخل ADC ، انظر الشكل 4.
الشكل 4: يقدم مضخم الزوم ضوضاء ، ولكن يتم ترشيح الضوضاء بواسطة دائرة RC وشبكة الإدخال الخاصة بـ ADC.
صيغة حساب نظام SNR (طرف إدخال مكبر الصوت) هي:
حيث: VnADC هو إدخال RMS ضوضاء ADC ؛ VnOPA هي الضوضاء المرجعية للمضخم (X أضعاف مرجع الإدخال) = تردد أحادي القطب -3 ديسيبل.
بالنظر إلى النطاق الكامل لـ ADC والضوضاء المرجعية للإدخال ADC وعامل مقياس مكبر الصوت ، هناك متغيرين سيؤثران على هدف تقليل خسارة SNR: تردد القطع للمرشح والضوضاء المرجعية للمضخم.
إذا كان مصدر الإشارة يحتوي على مكونات ذات تردد منخفض ، فيمكن تصميم مرشح بحيث يمكن لمكبر الصوت أن يتحمل ضوضاء دخل أكبر (عادةً ما ترتبط ضوضاء الإدخال الأعلى بانخفاض استهلاك الطاقة والتكلفة). إذا كان ADC يحد من عرض النطاق الترددي للنظام ، فإن مكبر الصوت يحتاج إلى ضوضاء مرجعية منخفضة بما يكفي للتحكم في خسارة SNR ضمن نطاق مقبول.
على سبيل المثال ، بالنظر إلى إشارة إدخال ± 10 فولت ونطاق كامل النطاق 5VP-P ADC مع SNR 92dB ، فإن عامل المقياس (نسبة الإدخال إلى النطاق الكامل) هو 4. الضجيج المرجعي لمدخل ADC في ورقة البيانات 44.4 nV RMS. بافتراض أن تردد القطع للمرشح هو 10 كيلو هرتز والضوضاء المرجعية للإدخال للمكبر هي 10nV / (Hz) 1/2 ، فإن خسارة SNR هي: SNR (الخسارة) = 0.035dB.
إذا لم يكن هناك مرشح ويفترض أن عرض النطاق الترددي ADC هو 10 ميجا هرتز ، من أجل تحقيق نفس خسارة SNR ، تصبح الضوضاء المرجعية للإدخال 0.3nV / (Hz) 1/2. هذا الشرط صارم للغاية.
بالنسبة إلى ADC بنفس عرض النطاق الترددي البالغ 10 ميجاهرتز ، إذا تم السماح بنسبة SNR (الخسارة) = 0.5 ديسيبل ، فإن متطلبات الضوضاء لمكبر الصوت هي 4nV / (Hz) 1/2 ، وهو أمر سهل التنفيذ نسبيًا.
لذلك ، إذا تم إعطاء عرض النطاق الترددي للنظام وخسارة SNR المسموح بها ، فإن إضافة مضخم تناسبي لتحويل إشارة الجهد العالي إلى ADC منخفض الجهد في النطاق الكامل سيكون حلاً ممكنًا تمامًا. عند تغذية إشارات متعددة بسعات تأرجح مختلفة إلى ADC متعدد الجهد المنخفض ، يمكن لهذا الحل تحقيق نظام فعال من حيث التكلفة.
لدينا غيرها من المنتجات:
