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Die Geräuschanalyse gibt Auskunft über den Beitrag der Komponenten zum Gesamtgeräusch. Wir erläutern die Vorgehensweise am Beispiel einer differentiellen Datenerfassungskette.

In vielen Anwendungen wird von der analogen Eingangsstufe entweder ein Single-Ended- oder ein Differenzsignal verwendet. In der analogen Eingangsstufe erfolgt je nach Anforderung eine Verstärkung oder Dämpfung oder eine Anti-Aliasing-Filterung oder eine Pegelanpassung, bevor sie die Eingänge des A/D-Wandlers auf den vollen Eingangsbereich treibt. Der Artikel gibt einen Einblick in die Rauschanalyse der Signalkette bei der Präzisionsdatenerfassung und erklärt, wie das Gesamtrauschen in dieser Signalkette bestimmt wird.

Wie Abbildung 1 zeigt, steuert der rauscharme Volldifferenzverstärker ADA4940-1 die Differenzeingänge des 18-Bit-Wandlers AD7982 aus der PulSAR-Familie an. Die rauscharme 5-V-Präzisionsreferenz ADR435 liefert die Versorgungsspannung für den A/D-Wandler. Diese Signalkette vereinfacht die analoge Signalverarbeitung, indem eine zusätzliche Treiberstufe und ein Referenzpuffer eingespart werden.

Zwischen dem ADC-Treiberausgang und den ADC-Eingängen wird ein einpoliger RC-Tiefpassfilter (22 Ω, 2,7 nF) mit 2,7 MHz platziert, um das Rauschen an den ADC-Eingängen und das "Nebenrauschen" vom kapazitiven Reduzieren zu begrenzen den D/A-Wandlereingang des SAR-ADC.

Bei Verwendung des ADA4940-1 als ADC-Treiber können Benutzer die erforderliche Signalkonditionierung einschließlich Pegelanpassung und Dämpfung oder Signalverstärkung für einen größeren Dynamikbereich mit vier Widerständen durchführen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer zusätzlichen Treiberstufe. Das Verhältnis der Rückkopplungswiderstände (R2 = R4) zu den Verstärkungswiderständen (R1 = R3) bestimmt die Verstärkung. Hier R1 = R2 = R3 = R4 = 1 kΩ.

Mit der effektiven Eingangsimpedanz von 2x Verstärkungswiderstand (R1 oder R3) = 2 kΩ ergibt sich ein symmetrisches Differenzeingangssignal. Für ein unsymmetrisches (massebezogenes) Eingangssignal beträgt die effektive Impedanz Zin nach Gleichung 1 ca. 1,33 kΩ.

Bei Bedarf kann ein Abschlusswiderstand parallel zum Eingang verwendet werden.

Die interne Gleichtakt-Rückkopplungsschleife des ADA4940-1 stellt sicher, dass die Gleichtakt-Ausgangsspannung der Spannung am UOCM-Eingang entspricht. Es bietet auch eine hervorragende Ausgangssymmetrie.

Die Differenzausgangsspannung hängt von UOCM ab, wenn die beiden Rückkopplungsfaktoren β1 und β2 ungleich sind und eine Asymmetrie der Ausgangsamplitude oder -phase am Ausgang eine unerwünschte Gleichtaktkomponente erzeugt und redundantes Rauschen und Offset am Differenzausgang verursacht.

Daher muss die Kombination der Eingangsquellenimpedanz und R1 (R3) in diesem Fall 1 kΩ (β1 = β2) betragen, um eine Fehlanpassung der Gleichtaktspannung jedes Ausgangssignals zu vermeiden und das Gleichtaktrauschen von in der ADA4940-1 steigend.

Wenn sich Signale über die Leiterbahnen einer Leiterplatte oder über lange Kabel ausbreiten, reichern sich Systemrauschen in den Signalen an und ein A/D-Wandler mit Differenzeingang unterdrückt als Gleichtaktspannung auftretendes Signalrauschen.

Theoretisch kann das erwartete Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) dieses Datenerfassungssystems berechnet werden, indem der Effektivwert jeder Rauschquelle genommen wird – das heißt des ADA4940-1, ADR435 und AD7982.

Der ADA4940-1 bietet ein rauscharmes Mittel von 3,9 nV / √Hz bei 100 kHz (Abbildung 2).

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