A/D變換器對頻譜儀和信號分析儀動(dòng)態(tài)范圍的影響

摘要： 在現代頻譜儀和信號分析儀中，隨著(zhù)數字信號處理技術(shù)的廣泛采用，高速A/D轉換器(ADC)的應用及其性能越來(lái)越受到關(guān)注，因為它的性能直接影響頻譜儀和信號分析儀的精度，尤其是ADC的動(dòng)態(tài)性能，包括信噪比和有效位數。ADC的動(dòng)態(tài)范圍性能可以通過(guò)其位數(N)和采樣頻率(fs)計算出理論值，同時(shí)也可以通過(guò)實(shí)際測試獲得頻譜儀和信號分析儀的所選數字處理通道A/D處理的實(shí)際動(dòng)態(tài)指標。是否ADC的位數越高意味著(zhù)分析動(dòng)態(tài)范圍越大呢？結果并非如此。要注意，在評價(jià)兩種儀表時(shí)，要采用同等條件和一致的指標定義方法，僅僅關(guān)注ADC的位數是錯誤的，應當關(guān)注其有效位數、信號和分析帶寬、采樣頻率和信噪比。

ADC動(dòng)態(tài)指標

信噪比
對于理想的ADC來(lái)說(shuō)，在奈奎斯特帶寬內的量化誤差為一白噪聲隨機信號，其量化方差。其中q=2^-N為A/D變換器的量化間距，N為A/D字長(cháng)N位。
量化噪聲的信噪比為：
SNR=6.02N+1.76+101g(f_s/2B)   (1)

式中，N是ADC的位數，f_s是采樣頻率，Ｂ是模擬輸入信號的帶寬。上式右邊第三項表示增加采樣頻率(過(guò)采樣)可提高信噪比。

有效位數
實(shí)際上ＡＤＣ的誤差表現為靜態(tài)及動(dòng)態(tài)非線(xiàn)性誤差，并且動(dòng)態(tài)誤差隨輸入信號壓擺率的增加而變大。因此實(shí)際測量的信噪比要比理論上的小一些。計算有效位數(ENOB)可以從對方程(1)的N求解得到。
ENOB(N)=[SNR-1.76-101g(f_s/2B)]/6.02   (2)

圖1

圖2

頻譜儀和信號分析儀內部的ADC指標評估

ADC動(dòng)態(tài)所影響的信號分析儀指標
典型的頻譜儀電路框圖如圖1所示。其中ADC處于中頻信號之后，對中頻(或視頻)信號進(jìn)行采樣和轉換。ADC的性能影響到頻譜儀的噪聲和信噪比等指標，還影響到頻譜儀的失真指標，包括諧波、雜散和互調失真。

對于現代信號分析儀來(lái)說(shuō)，中頻和視頻信號的處理基本采用數字技術(shù)和矢量分析(IQ分析)技術(shù)。因此，DAC所造成的影響就顯得十分重要。

舉例分析ADC動(dòng)態(tài)所影響的信號分析儀指標
以羅德與施瓦茨公司FSQ為例，對于A(yíng)/D轉換和數據分析部分進(jìn)一步分析，框圖如圖2。