信号链

高速总线升级迭代的矛盾在于，消费者对性能的需求驱动着信号速率成倍的增长，消费者对便捷性的需求使得传输线无法缩短，消费者对低成本的追求要求PCB板材和传输线不能太贵，这就导致ISI抖动变得越来越严重。

信号链是连接真实世界和数字世界的桥梁。随着ADC采样率和采样精度的提升，接口芯片的信号传输速度也越来越快，高速信号传输的各种挑战慢慢浮现出来了。作为一个信号链设计或验证工程师，这些基本概念你一定要知道。

本技术文章主要探讨信号链、电源管理和微控制器IC在一种实用的力检测产品——自行车功率计——中的应用。将说明自行车功率计运行的物理原理和电子设计。本文介绍的解决方案功耗非常低，能够精确放大低频小信号，并且成本低、体积小。

<strong><font color="#004a85">作者：Mark Patrick（贸泽电子）</font> </strong>

小到我们手中的移动网络，大到航天探索中的天地连线，都离不开微波无线通信。我们只要有一部手机，就能轻松享受到微波通信带来的便利，然而一旦发生「没信号」这种事情，你有没有抱怨过运营商「为啥就不能多搞些天线」？这种话还是放在心里面吧，否则如果身边有搞无线电基础设施的人，那你可就拉仇恨了——虽说「信号好不好」对运营商的重要性不言而喻，但提高微波无线通信的质量，远不只是轻描淡写地「搞几个天线」那么简单。

无线通信基础设施能够「建起来」，那也只是万里长征第一步；要保证设施能够稳定可靠地运作，严格、仔细的测试和测量必不可少，而微波合成器就能够用来产生测试所需的信号；这种稳定频率的无线电信号也可以用于高速转换器的时钟。

在很多应用中，模拟前端接收单端或差分信号，并执行所需的 增益或衰减、抗混叠滤波及电平转换，之后在满量程电平下驱 动ADC输入端。今天我们探讨下精密数据采集信号链的噪声分析，并深入研究这种信号链的总噪声贡献。

如图1所示，低功耗、低噪声、全差分放大器ADA4940-1驱动差 分输入、18位、1 MSPS PulSAR® ADC AD7982，同时低噪声精密5 V 基准电压源ADR435用来提供ADC所需的5 V电源。此信号链无需 额外驱动器级和基准电压缓冲器，简化了模拟信号调理，可节 省电路板空间和成本。一个单极点截止频率2.7 MHz RC(22 Ω， 2.7 nF)低通滤波器放在ADC驱动器输出和ADC输入之间，有助于 限制ADC输入端噪声，并减少来自逐次逼近型(SAR) ADC输入端 容性DAC的反冲。

整个信号链累积起来并且最终会影响到转换器的误差有多重。

但请记住，转换器是信号链的瓶颈，最终决定着信号的表示精度。因此，转换器的选择是设定系统整体要求的关键。

<strong>在信号链中，可能会累积的误差有两类——即直流和交流误差。</strong>

直流或静态误差（如增益和失调误差）有助于了解信号链的精度或灵敏度；

交流类误差也称为噪声和失真，限制着系统的性 能和动态范围。

这两类误差都需要了解，因为二者最终决定着系统的分辨率。本文将专门分析直流误差，根据其与无源和有源器件的关系， 对每种不精确性进行细分。

<strong>分析误差前，先对信号链分个级</strong>

图 1 是一种可以达到 0.1% 精度要求的简单数据采集系统，也就是说，每输入 1V 的电压，输出要么为 0.99388V，要么为 1.00612V。因此，转换器规定的动态范围为 60dB 或 9.67ENOB，假设其满量程电压为 10 V。转换器有两个放大器级、一个多路复用器和一个 ADC。本分析将忽略传感器、电缆、连接器、PCB 寄生电容和任何外部影响/误差，因为这些情况在很大程度上取决于我们要测量的具体应用或信号。

下图显示了微波无线电信号链和控制路径的一般情形。发射侧有双基带IQ高速数模转换器，其输出进入一个正交调制器。 然后，该输出进入一个转换器模块，后者执行单边带上变频，将其变为微波频率输出。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-04/wen_zhang_/100011237-39669-l1.p…; alt=“微波无线电信号链和控制路径” width="600"></center><center><i>微波无线电信号链和控制路径</i></center>

在很多应用中，模拟前端接收单端或差分信号，并执行所需的增益或衰减、抗混叠滤波及电平转换，之后在满量程电平下驱动 ADC 输入端。

今天，我们就深入探讨下精密数据采集信号链的噪声分析，并研究这种信号链的总噪声贡献。

如图1所示，低功耗、低噪声、全差分放大器 ADA4940-1 驱动差分输入、18位、1 MSPS PulSAR® ADC AD7982，同时低噪声精密5 V基准电压源 ADR435 用来提供 ADC 所需的5 V电源。此信号链无需额外驱动器级和基准电压缓冲器，简化了模拟信号调理，可节省电路板空间和成本。一个单极点截止频率 2.7 MHz RC (22 Ω，2.7 nF) 低通滤波器放在 ADC 驱动器输出和 ADC 输入之间，有助于限制 ADC 输入端噪声，并减少来自逐次逼近型(SAR) ADC 输入端容性 DAC 的反冲。