ADC噪声系数 —— 一个经常被误解的参数

图6C中的变压器匝数比为1:4。AD9446输入端与一个4.02 kΩ电阻并联，使得净输入阻抗为800 Ω。噪声系数又降低6 dB。理论上，匝数比越高，则改善幅度越大，但由于带宽和失真限制，更高匝数比的变压器一般并不可行。

图6：利用RF变压器改善ADC整体噪声系数

级联噪声系数

即使采用匝数比为1:4的变压器，AD9446的整体噪声系数也有18.1 dB，按照RF标准，这一数值仍然较高。应当注意，AD9446 ADC的82 dB SNR代表了出色的噪声性能，系统应用的解决办法是在ADC之前提供低噪声高增益级。在一个典型接收机中，ADC之前至少有一个低噪声放大器(LNA)和混频级，它能提供足够高的信号增益，从而将ADC对系统整体噪声系数的影响降至最低。

这可以通过图7来说明，其中显示了如何利用Friis等式来计算级联增益级的噪声因数。注意，第一级的高增益降低了第二级噪声因数的影响，因此第一级的噪声因数在整体噪声系数中占主导地位。

图7：利用Friis等式计算级联噪声系数

图8显示了置于一个相对较高NF级(30 dB)之前的一个高增益(25 dB)低噪声(NF = 4 dB)级的影响，第二级的噪声系数是高性能ADC的典型噪声系数。整体噪声系数为7.53 dB，仅比第一级噪声系数(4 dB)高3.53 dB。

图8：双级级联网络示例

结束语

应用噪声系数概念来表征宽带ADC时，必须特别小心，防止得出令人误解的结果。试图简单地通过改变等式中的值来降低噪声系数可能会适得其反，导致电路总噪声提高。

例如，根据以上等式，NF随着源电阻的增加而降低，但增加源电阻会提高电路噪声。另一个例子与ADC的输入带宽B有关。根据等式，提高B会降低NF，但这显然是相互矛盾的，因为提高ADC输入带宽实际上会提高有效输入噪声。在以上两个例子中，电路总噪声提高，但NF降低。NF降低的原因是源电阻或带宽提高时，信号源噪声占总噪声中的较大部分。然而，总噪声保持相对稳定，因为ADC引起的噪声远大于信号源噪声。因此，根据等式，NF降低，但实际电路噪声提高。

有鉴于此，当处理ADC时，必须小心处理NF。利用本文中的等式可以获得有效的结果，但如果不全面理解其中涉及到的噪声原理，这些等式可能会令人误解。

从孤立的角度看，即使是低噪声ADC，其噪声系数也会相对高于LNA或混频器等其它RF器件。然而，在实际的系统应用中，ADC前方至少会放置一个低噪声增益模块，根据Friis等式(见图8)，它会把ADC的总噪声贡献降至非常低的水平。

作者：Walt Kester

参考文献

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