RF 至数字接收器的信号链路噪声分析

当采用图1 所示的 LT5557 时，e_N(RF) 的结果是 2.25nV/√Hz。IF/基带部分 (包括运算放大器电阻器) 的输入参考电压噪声密度可采用运算放大器数据表来计算，并与 RF 部分产生的噪声相加 (由于规定值为 RMS，所以采用平方和加法运算)。把该结果乘以放大器增益 (V/V)将得出节点 2 上的总噪声密度 (忽略 ADC 产生的实际噪声)：

式2

当采用 LTC6400-26 放大器的规格时，e_N2 的结果为 53nV/√Hz。最后一步是计算 ADC 上的总 SNR。为此，必须获知节点 2 上的总累积噪声。假设噪声频谱密度是恒定的(不随频率而变化)，则可简单地将 eN2 与总噪声带宽的平方根相乘。该带宽受限于放大器电路和任何的 ADC 抗混迭滤波。假设总带宽为 50MHz，在我们所举的例子中，累积噪声为 N2 = 375μV_RMS。总 SNR 的理论值可利用下式来计算：

式3

式中的 V_MAX = 至 ADC 的最大正弦波输入，用 V_RMS (V_P-P×0.35) 来表示

N2 = 节点 2 上的总累积噪声 (不包括 ADC 所产生的噪声)，用 V_RMS 来表示

该 SNR 理论值 (在本例中为 65.5dB) 代表了采用一个理想 ADC 所能获得的最大分辨率。实际 ADC 应具有至少比该数值高 5dB 的 SNR，以维持整个链路的性能水平。例如：像凌力尔特的 LTC2255 系列 (或双通道LTC2285 ADC系列) 等实用的高性能 14 位 ADC 将具有一个 72dB 至 74 dB 的 SNR。

SNR 至 NF

对于无线电设计师来说，系统设计中一项重要的考虑是总噪声系数 (它会受到链路中所有组件的影响）。一旦选定了组件，即可确定接收器的等效输入噪声系数和总灵敏度。假设所关心的信号处于 ADC 的一个奈奎斯特带宽（一个奈奎斯特带宽为 f/2）之内，则 ADC 的等效噪声为：

式4

式中的 SNR_ADC = 所关心频率条件下的数据表 SNR (单位：dB)

f_SAMPLE = ADC 的采样速率 (单位：Hz)

在我们所举的实例中，e_{N (ADC)} 的结果为 22.5nV/√Hz (假设采样速率为 125MHz)。该电压噪声密度 e_{N (ADC)} 随后可与放大器输出噪声密度 e_N2 进行 RMS 求和运算，并将运算结果除以增益 A_OPAMP 来获得参考于输入的数值。如欲转换回 NF，则对本文中的第一个公式进行重新整理，得出：

式5

该 NF_TOTAL 值给出了总输入噪声系数 (包括 RF 部分、放大器和 ADC 所产生的噪声)。在本例中，包含上述三个器件整个链路的 NF_TOTAL 为 12.7dB。

结论

在进行从 RF 组件至 ADC 的整个系统设计时，噪声规格所采用的单位并非始终相同，会因组件而异。本文探究了不同噪声单位之间的转换问题。无线电设计师可以运用这些信息来设计其系统拓扑结构和选择组件，以实现最佳的灵敏度。

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