एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (एडीसी) के साथ डिजाइन करते समय, यह गलती से विश्वास करना आसान है कि एडीसी की पूर्ण-स्केल रेंज को पूरा करने के लिए इनपुट सिग्नल को कम करने से सिग्नल-टू-शोर अनुपात (एसएनआर) में महत्वपूर्ण कमी आएगी ).
सिस्टम डिज़ाइनर जिन्हें व्यापक वोल्टेज उतार-चढ़ाव से निपटने की आवश्यकता होती है, वे विशेष रूप से इस बारे में चिंतित हैं। इसके अलावा, उच्च वोल्टेज द्वारा संचालित एडीसी की तुलना में, कम वोल्टेज (5 वी या उससे कम) द्वारा संचालित एडीसी अधिक विविध हैं।
उच्च वोल्टेज आपूर्ति आमतौर पर अधिक बिजली की खपत और अधिक जटिल सर्किट बोर्ड लेआउट की ओर ले जाती है (उदाहरण के लिए, अधिक डिकॉउलिंग कैपेसिटर की आवश्यकता होती है)।
सेंसर या सिस्टम द्वारा उत्पन्न कई सिग्नल द्विध्रुवी उच्च वोल्टेज सिग्नल होते हैं (जैसे कि व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला ±10V सिग्नल)। हालाँकि, इस सिग्नल को एडीसी के माध्यम से पारित करने के कई सरल तरीके हैं; विभिन्न एकीकृत उच्च-वोल्टेज एडीसी समाधानों का भी उपयोग किया जा सकता है: यह एसएनआर का त्याग किए बिना इस बड़े पूर्ण पैमाने के इनपुट सिग्नल को संभाल सकता है। इन समाधानों को इनपुट रेंज आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए बहुत उच्च आपूर्ति वोल्टेज की आवश्यकता होती है, और उनकी बिजली की खपत भी काफी बड़ी है (चित्र 1)। ये उच्च-वोल्टेज एडीसी सिग्नल कंडीशनिंग (ऑप एम्प) समाधानों के चयन को भी सीमित करते हैं। यदि सिग्नल को उच्च-वोल्टेज और निम्न-वोल्टेज इनपुट के संयोजन के साथ मल्टीप्लेक्स करने की आवश्यकता है, तो सिस्टम लागत में काफी वृद्धि होगी (चित्रा 2)।
आप लो-वोल्टेज एडीसी की पूर्ण-स्केल इनपुट रेंज से मिलान करने के लिए सिग्नल को स्केल करने के लिए इनपुट एम्पलीफायर का भी उपयोग कर सकते हैं। इस सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट को मल्टीप्लेक्स इनपुट से जोड़ा जा सकता है ताकि सभी सिग्नल एडीसी रेंज (चित्रा 3) के अनुरूप हो सकें।
सिग्नल वोल्टेज स्केलिंग के लिए एम्पलीफायर का उपयोग करते समय, शोर को एम्पलीफायर इनपुट के लिए संदर्भित किया जाता है। इस समय, दो मुख्य शोर स्रोत हैं: एम्पलीफायर का इनपुट संदर्भ शोर, और एडीसी का कम इनपुट संदर्भ शोर। इन दो शोर स्रोतों को एक द्विघात शब्द में संयोजित किया गया है। इसके अलावा, एम्पलीफायर का शोर एडीसी के इनपुट बैंडविड्थ और एम्पलीफायर और एडीसी इनपुट के बीच एंटी-अलियासिंग फिल्टर द्वारा भी फ़िल्टर किया जाता है, चित्र 4 देखें।
चित्र 4: ज़ूम एम्पलीफायर शोर उत्पन्न करता है, लेकिन शोर को आरसी सर्किट और एडीसी के इनपुट नेटवर्क द्वारा फ़िल्टर किया जाता है।
सिस्टम एसएनआर (एम्प्लीफायर इनपुट टर्मिनल) की गणना सूत्र है:
कहाँ: VnADC ADC का इनपुट RMS शोर है; VnOPA एम्पलीफायर का इनपुट संदर्भ शोर है (इनपुट संदर्भ का X गुना) = एकल-पोल -3dB आवृत्ति।
एडीसी, एडीसी इनपुट संदर्भ शोर और एम्पलीफायर स्केल फैक्टर की पूर्ण-स्केल रेंज को देखते हुए, दो चर हैं जो एसएनआर हानि में कमी के लक्ष्य को प्रभावित करेंगे: फिल्टर की कटऑफ आवृत्ति और एम्पलीफायर का इनपुट संदर्भ शोर।
यदि सिग्नल स्रोत में कम आवृत्ति घटक हैं, तो एक फ़िल्टर डिज़ाइन किया जा सकता है ताकि एम्पलीफायर बड़े इनपुट शोर को सहन कर सके (उच्च इनपुट शोर आमतौर पर कम बिजली की खपत और लागत से संबंधित होता है)। यदि एडीसी सिस्टम की बैंडविड्थ को सीमित करता है, तो स्वीकार्य सीमा के भीतर एसएनआर हानि को नियंत्रित करने के लिए एम्पलीफायर को पर्याप्त कम इनपुट संदर्भ शोर की आवश्यकता होती है।
उदाहरण के लिए, ±10V इनपुट सिग्नल और 5dB के SNR के साथ 92VP-P पूर्ण-स्केल रेंज ADC दिया गया है, स्केल फैक्टर (पूर्ण-स्केल रेंज में इनपुट का अनुपात) 4 है। ADC इनपुट संदर्भ शोर डेटा शीट 44.4 एनवी आरएमएस है। यह मानते हुए कि फ़िल्टर की कटऑफ आवृत्ति 10kHz है और एम्पलीफायर का इनपुट संदर्भ शोर 10nV/ (Hz) 1/2 है, SNR हानि है: SNR(हानि)=0.035dB।
यदि कोई फ़िल्टर नहीं है और ADC बैंडविड्थ को 10MHz माना जाता है, तो समान SNR हानि प्राप्त करने के लिए, आवश्यक इनपुट संदर्भ शोर 0.3nV/(Hz) 1/2 हो जाता है। यह आवश्यकता बहुत सख्त है.
10MHz की समान बैंडविड्थ वाले ADC के लिए, यदि SNR(नुकसान)=0.5dB की अनुमति है, तो एम्पलीफायर की शोर आवश्यकता 4nV/(Hz) 1/2 है, जिसे लागू करना अपेक्षाकृत आसान है।
इसलिए, यदि सिस्टम बैंडविड्थ और स्वीकार्य एसएनआर हानि दी गई है, तो उच्च-वोल्टेज सिग्नल को पूर्ण-स्केल रेंज में कम-वोल्टेज एडीसी में परिवर्तित करने के लिए आनुपातिक एम्पलीफायर जोड़ना पूरी तरह से व्यवहार्य समाधान होगा। मल्टीप्लेक्स लो-वोल्टेज एडीसी को विभिन्न स्विंग आयामों के साथ कई सिग्नल खिलाते समय, यह समाधान एक लागत प्रभावी प्रणाली प्राप्त कर सकता है।
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