本教程是转换器维系教程的无间。1,2它将合怀单个旗号链元素的噪声，并运用ALM2000多成就仪器来验证结局。全数源代码和其谁磋商都可以在配套的主动研习测验室研习中找到。

　　混关模式信号链无处不在。简而言之，任何将实质宇宙的密码退换为电呈现，然后举行数字化的体系都能够归类为夹杂模式灯号链。在链上的每一点，信号城市以各式形式劣化，平素无妨将其表征为某种形势的失真或附加噪声。一旦进入数字域，数字化数据的照应也并不完好，但至少从整个实质主意来看，它不受很多感化仿照信号的因素的用意——元件容差、温度漂移、来自相邻暗记的干与、或电源电压变化。

　　随着行业不断冲破物理极限，有一点是决策的：仪器边幅的效仿和搀杂信号组件总是有刷新的空间。倘使市集上发明的模数转换器ADC) 或数模更调器DAC) 在快度、噪声、功率、精度或价格方面进步了起初进的技艺水平，创建商将很喜悦操纵它现有的题目，尔后乞请更多的改善。只是，为了为您的操纵圭臬告竣最佳汇集体例，体味组件的限制并响应地选择它们是至关紧张的。

　　图 1 夸耀了缜密仪器行使的轨范通用密码链，具有物理输入和数字输出。有许多对待 ADC 的布景参考资料，4而且大多数读者会感想到 ADC 在某个时期点对输入记号举行采样（或测量某个观望岁月内记号的均匀值）并先天该暗记的数字显露— 常日是一个二进制数，其值介于 0 和 2 (N – 1)之间，个中 N 是输出字中的位数。

　　图 1. 在羼杂模式记号链中，温度、光强度、pH、力或扭矩等一些物理风物被调换为电气参数（电阻电流或直接调换为电压）。尔后，该暗号被夸张、低通滤波，并由 ADC 数字化，此中能够收集内部数字滤波。

　　纵然图 1 中有几个噪声源，但通常被忽略或太甚强调的一个是 ADC 数字输出中的位数。从史书上看，ADC 的位数被觉得是结尾的风格因数，其中要是 16 位转换器比 14 位更换器好 4 倍。5但在当代高散开率更换器的现象下，能够放心地渺视位数。戒备暗记链安排的日常规律：

　　与任何灯号链肖似，ADC 中的一个噪声源普通占主导声望。以是，假使将无噪声信号使用于 N 位 ADC：

　　异常高分散率的转换器，好比AD7124-8，稍后将用作示例，很少受到量化噪声的限制；热噪声在统统增益/带宽成立中占主导声誉，短途输入总是会发生极端高斯传播的输出代码。图 2 造作了 AD7124-8 的接地输入直方图，24 位 Σ-Δ ADC，内里可编程增益扩大器(PGA) 分别创办为 1 和 128。

　　图 2. 在 PGA 增益为 1（左）时，AD7124 输出噪声中有 13 个代码，程序过错约为 2.5 个代码。尽管量化是可见的，但热噪声更为鲜明。在 PGA 增益为 128（右）时，显露了 187 个代码，量化噪声何足谈哉。截断一个或两个最低有效位（双倍或四倍量化噪声）不会导致音讯失去。

　　对热噪声受限 ADC 的噪声举办修模万分简洁。如果噪声“显露优异”（高斯，如图 2 所示）而且在 ADC 的输入范畴内坚持恒定，则可能行使 NumPy 的7随机正态函数对 ADC 的时域噪声举行建模，然后历程取表率过失实行验证，如图 3 所示。

　　图 4. ADALM2000 是一款多成绩 USB 测试仪器，具有两个通用效仿输入和两个输出，采样率差异为 100 MSPS 和 150 MSPS。它不妨用作衡量ADC噪声带宽和滤波器响应的干脆灯号源。运行援救 AD7124 兴办驱动法度的内核的 Raspberry Pi 4 充当 AD7124 和主机之间的精练桥梁。

　　AD7124 兴办驱动样板属于行业典范 IIO 框架，该框架具有完好的软件API（收罗 Python 绑定）。运用范例代码能够在内地（在 Raspberry Pi 上）或历程网络、串行或 USB 连接在远程机械上运行。其余，pyadi-iio 8笼统层仔肩与 IIO 成立接口所需的大限制轨范创修，大大简化了软件接口。图 5 证明了怎样大开与 AD7124-8 的连结、对其举办制造、访拿数据块，尔后封合联合。

　　与 AD7124-8 树立通信后，可以履行极其爽快但至极有用的实验：直接丈量输入噪声。精练地将 ADC 的输入短路并察看 ADC 代码的最终撒播是表征记号链希望的吃紧办法。AD7124输入模式建设为单极性，因而只要正值有效；图 6 所示的实验电途保证输入长期为正。

　　图 6. 电阻分压器用于在 AD7124-8 的输入端产生 1.25 mV 偏置，克服 15 µV 的最大失调电压并担保 ADC 读数万世为正。

　　图 7 夸口了两个 1024 点丈量。下面的（蓝色）迹线是在起首通电后立刻拍摄的。

　　图 7. 两个 AD7124-8 数据征求是在施加 1.25 mV 偏压的局面下举办的。下面的迹线炫夸了上电后电路升温时的初始漂移。上部曲线虚伪半小时预热时刻后读数安闲。

　　“漂移”不妨是由于多种身分形成的——内中参考升温、外部电阻升温（并因而漂移）或寄生热电偶，其中稍微不同的金属会在生计热梯度的情形下产生电压。预热后测得的噪声约为 565 nV rms——与数据表噪声规范万分。

　　假如全面元素都包括噪声密度规格，仿制暗号链谋略的平常律例（一个阶段的输入噪声应当略低于前一级的输出噪声）是一个爽快的盘算 - 就像大大都指定优良的传感器和简直统统扩充器做。

　　与扩充器和传感器差异，ADC 数据表寻常不征求噪声密度典型。将 ADC 的噪声表现为密度，不妨直接将其与步武信号链中最终一个元件（无妨是 ADC 驱动器级、增益级或传感器自身）输出端的噪声进行比照。

　　ADC 的里面噪声一定会出当前 DC 和采样率的一半之间。理思景色下，这种噪声是平整的，也许至少是可展望的形势。结果上，由于 ADC 的总噪声流传在已知带宽上，于是能够将其更换为不妨直接与记号链中的其谁元素举行比照的噪声密度。慎密更调器平素具有直接给出的总噪声，以伏特 rms 为单位：

　　其中 e RMS是总 rms 噪声，遵从接地输入直方图的法度谬误设计得出。

　　运用正弦灯号测验和表征的高速改换器平素具有 SNR 样板。假若供给，总 rms 噪声没关系希望为：

　　图 7 中的总噪声在预热后为 565 nV，数据速率为 128 SPS。噪声密度约为：

　　如今没关系将 ADC 直接征求在暗号链噪声证明中，从而为优化记号链增益供给指挥：

　　这与“增添”ADC 输入范围的传统观想背叙而驰。如果 ADC 的传递函数存在阶跃或不联合性，则运用更多 ADC 的输入领域可能会有好处，但看待“呈现优越”的 ADC（大多半 sigma-delta ADC 和今生高分别率逐次靠近寄存器(SAR) ADC），经过噪声实行优化是首选步骤。

　　AD7124-8 是一款 sigma-delta ADC，个中调制器出现高采样率但噪声（低分袂率）的仿照输入显露。而后，这些噪声数据由内里数字滤波器过滤，产生较低快率、较低噪声的输出。滤波器的典型因 ADC 而异，具体取决于预期的结尾应用。AD7124-8 是通用型的，面向稹密行使。以是，数字滤波器反响和输出数据疾率是高度可维持的。虽然数据表中明决议义了滤波器反应，但偶然没合系须要丈量滤波器对给定旗号的功用。AD7124-8 滤波器响应代码块（拜见图 9）经历将正弦波操纵于 ADC 输入并注明输出来丈量滤波器反响。这种设施不妨很轻易地关用于测量其他们波形——小波和因袭的物理事务。ADALM2000 纠合到 AD7124-8 电路，如图 8 所示。

　　图 8. ADALM2000 波形产生器用于天资一系列正弦波频率，从而可能直接测量 AD7124-8 的滤波器反响。即使脚本将正弦波幅度和偏移建立为和平水准，但 1 kΩ电阻器可在发作打击时维持 AD7124-8。（ADALM2000 输出电压领域为 –5 V 至 +5 V，而 AD7124-8 的万万最大限值为 –0.3 V 和 +3.6 V。）

　　AD7124-8 滤波器反响代码块（参见图 9）将筑设 ADALM2000 的波形爆发器以天分 10 Hz 的正弦波，逮捕 1024 个数据点，盘算 rms 值，尔后将竣事附加到列表中。send_sinewave 和 capture_data 是实用函数，它们区别向 ADALM2000 发送正弦波并从 AD7124 接管数据块。2而后，它将逐渐检查高达 120 Hz 的频率，然后绘制停止，如图 10 所示。

　　图 10. AD7124 滤波器在 64 SPS、sinc4 模式下的反映测量矫饰了滤波器的通带、第一瓣和前两个零点。

　　尽量测量高衰减值须要更宁静且失真更低的记号形成器，但在此开发中前几个急急波瓣的反应很昭着。

　　测量 ADC 的滤波器响应的才气是用于台架验证的适用东西。但是，为了所有仿照暗记链，需要滤波器模型。良多更换器（搜罗 AD7124-8）并未清楚提供这一点，但无妨遵照数据表中提供的音书逆向贪图一个可行的模型。

　　请提防，以下仅为 AD7124-8 滤波器的模型；它不是位周密的显露。有合全部保障参数，请参阅AD7124-8 数据手册。

　　AD7124 的滤波器都具有由各样 sinc 函数召集而成的频率反应（频率响应与 (sin{f}/f) N成正比）。这些过滤器尽头容易构建，并且在已知空值时举行逆向工程。

　　图 11. AD7124-8 10 Hz 陷波滤波器具有 sinc1 幅度响应；滤波器的脉冲反响但是 100 ms 工夫断绝内样本的未加权（矩形）均匀值。

　　图 12 所示的同时 50 Hz/60 Hz 强迫滤波器是一个告急的例子。该滤波器旨在强烈抑制来自互换电源线 Hz（如美国）。

　　高阶 sinc 滤波器可能原委卷积 sinc1 滤波器生成。譬喻，卷积两个 sinc1 滤波器（在时候上具有矩形脉冲反响）将爆发三角形脉冲反应和呼应的 sinc2 频率反响。AD7124 滤波器代码块（参拜图 13）禀赋一个在 50 Hz 处具有零点的 sinc3 滤波器，然后添加一个在 60 Hz 处具有零点的第四个滤波器。

　　滤波器的结尾脉冲（时域）样子如图 14 所示。滤波器系数（抽头）值针对零频率下的单位 (0 dB) 增益实行归一化。

　　结尾，不妨运用 NumPy 的 freqz 函数策画频率响应，如图 16 所示。反应如图 15 所示。

　　整个传感器，不管多么完美，都有少许最大输入值（以及响应的最大输出，可能是电压、电流、电阻，乃至是刻度盘的身分）和有限的本底噪声——输出端“摆动”乃至生计借使输入统统静止。在某些时期，具有电输出的传感器将收集一个具有有限电阻（或更凡是地，阻抗）的元件，由图 17 中的 R SENSOR体现。这代表了一个无法改进的基础噪声控制——该电阻将形成en(RMS) 伏噪声，至少：

　　图 17. 传感器通常蕴涵一个内中缓冲器，以简化与下游电途的联结。虽然输出阻抗较低（通常接近 0 Ω），但来自大阻抗传感元件的噪声与记号全部被缓冲。

　　传感器的数据表能够会指定低输出阻抗（平时亲切 0 Ω），但这很没闭系是一个缓冲级——它没闭系简化与卑贱电讲的接口，但不能熄火密码链早期阻抗引起的噪声。

　　又有很多其他们传感器控制——呆板的、化学的、光学的——每一个都有所有人方的理论局限，其用意无妨在往后修模和抵偿。但噪音是一种无法做到的瑕疵

　　进程校准的噪声发生器充当“世界上最差的传感器”，它没合系仿照传感器的噪声，而无需本色感测任何用具。这种形成器答应直接丈量旗号链对噪声的响应。图 18 所示电叙行使 1 MΩ 电阻器行径 127 nV/√ Hz（室温下）噪声源，具有“还没关系”的精度和带宽。尽量无误度还可以，但这种措施具有以下益处：

　　OP482是一款 超低偏置电流放大器，具有相应的低电流噪声和充满低的电压噪声，1 MΩ 输入阻抗引起的噪声占主导声誉。设立增益为 2121，输出噪声为 269 µV/√ Hz。

　　图 18. 1 MΩ 电阻器用作可预测的噪声源，而后由低噪声运算扩大器夸大到可用水准。

　　图 19. 基于电阻的考试室噪声产生器的输出具有约略 10 kHz 的可用带宽。

　　尽量 Scopy 对待单一的视觉衡量很有用，但不妨操纵 SciPy 周期图成绩简洁复制该劳绩。原始数据是利用 libm2k 10和 Python 绑定从 ADALM2000 汇集的，经过最低范围的照望以去除 DC 内容（否则会吐露到低频箱中）并缩放到 nV/ √Hz。这种方法如图 20 所示，可能利用于任何数据征求模块，只须采样率是固定的且已知的，况且数据无妨花样化为电压矢量。

　　全班人们当前占有一个已知的噪声源和一种衡量该源的方法，这两者都可能用来验证记号链。

　　LTspice ®​​ 是一款免费提供的通用，可行使于密码链准备。它能够实施瞬态注释、频域诠释（AC 扫描）和噪声注释，其解散可以操纵 Python 导出并统一到混合暗号模型中。

　　图 21 夸口了模仿噪声形成器的噪声仿真，与检验关幕至极相符。操纵与 OP482 具有无别本性的运算夸诞器进行仿线. 测验室噪声源的 LTspice 仿真炫耀与衡量电途梗概一致的可用带宽。

　　图 22 的电讲噪声对筑模来说极度简便，来源它在某些带宽（感诙谐的旗号地方的身分）内是恒定的，在该带宽之上它会以大概一阶低通反响滚降。这种本领派上用场的所在是对非平坦本底噪声举办筑模，这没关系是由于高阶效法滤波，也能够是有源元件己方。楷模的例子是 LTC2057 等自愿调零放大器中通常生存的噪声山峰，如图 23 所示。

　　100 kHz 频率的一半）。图 23. LTspice 用于在 +10 的同相增益树立中模仿 LTC2057 的输出噪声。LTspice 供应了用于集成噪声的简短器材，但任何仿照中断都无妨导出并导入 Python 以进前进一步评释。

　　在 Python 中导入 LTspice 噪声数据以实行频域诠释是一个兴办仿真夂箢的问题，以便仿真评释向量中的精确频率。在这种情况下，噪声仿线 Hz，对应于采样率为 4.096 MSPS 的第一奈奎斯特区。图 23 显示了 LTC2057 在 10 的同相增益、仿真输出和导出数据格局下的仿真。为了定夺给定噪声频带对旗号的效率（信噪比），噪声在感诙谐的带宽出息行了平方根积分。在 LTspice 中，没合系经历创立绘图局部来集成绘图参数，然后驾御单击参数标签。扫数 2.048 MHz 仿线 µV rms。在 Python 中完竣此掌握的函数如图 24 所示。

　　产生试验噪音扩大纯效法噪声形成器的收获，不光没合系产平生坦况且落拓的噪声曲线万分有用——平缓的噪声带、粉红噪声或模仿某些夸诞器中的峰值的噪声山峰。从图 25 中的半频谱代码块天资的时候序列以所需的噪声频谱密度（可能手动生成，或从 LTspice 仿真中获取）和功夫序列的采样率起首，而后先天一个岁月序列无妨发送到 DAC 的电压值。

　　没合系历程 libm2k 脚本操纵一个 ADALM2000，然后行使第二个 ADALM2000 和 Scopy GUI 中的频谱注释仪验证噪声宣扬来验证此结果。ADALM2000 代码片段的推送噪声工夫序列（参拜图 26）在 ADALM2000 W2 输出上天生四个 1 mV/√ Hz噪声频段（在 W1 上带有一个正弦波，用于双沉检讨劳绩）。

　　图 27 夸耀了由一个 ADALM2000 形成的四个 1 mV/√ Hz噪声频段。输入向量长 8192 个点，采样率为 75 kSPS，带宽为每点 9.1 Hz。每个频段为 512 点，或 4687 Hz 宽。~20 kHz 以上的滚降是 DAC 的 sinc 滚降。倘使 DAC 没关系供应更高的采样率，则无妨经由插值滤波器对时刻序列数据举办上采样和滤波。11

　　图 27. Scopy 频谱声明仪用于验证任意噪声出现器。噪声带之间的深陷波走漏了分析仪的本底噪声，说明没合系准确地禀赋肆意噪声曲线。

　　该噪声发生器可与纯师法产生器凑集运用，以验证灯号链的压榨个性。建模和验证 ADC 噪声带宽

　　高于 f S /2 的外部噪声源和杂散音将折回（混叠）到 DC 至 f S /2 地域，并且更调器无妨对远远高出 f S /2 的噪声敏感。以LTC2378-20 为例，它具有 1 MSPS 的采样率和 34 MHz 的 –3 dB 输入带宽。纵然在云云高的频率下本能不妨不是最好的，但该改换器将数字化凌驾 68 个奈奎斯特噪声区域并将它们折叠回您的灯号之上。这谈明了抗混叠滤波器对待宽带 ADC 的重要性。用于精巧操纵的调动器普通是 sigma-delta（如 AD7124-8）或过采样 SAR 架构，其中输入带宽受野心限定

　　个中 f C是滤波器的逗留频率。假如从“直流到日光”的宽带噪声同时使用于 1 kHz 一阶低通滤波器和 1.57 kHz 砖墙低通滤波器的输入，则输出端的总噪声功率将为相似的。

　　图 28 中的 ENBW 示例代码块接管滤波器幅度反应并返回有效噪声带宽。阴谋单极点滤波器的幅度反应并用于验证 ENBW = f C × π/2 关连。

　　该函数可用于希图猖狂滤波器响应的 ENBW，搜罗 AD7124 的内里滤波器。AD7124 sinc4 滤波器的频率响应，128 SPS 采样率能够经由好像于前面 50 Hz/60 Hz 陵暴滤波器示例的步骤妄图。arb_anbw 函数返回大意 31 Hz 的 ENBW。ADALM2000 噪声产生器可用于验证该终止。将尝试噪声出现器树立为生成 1000 µV/ √Hz的频带应导致总噪声约为 5.69 mV rms，测量下场约为 5.1 mV rms 总噪声。ADC 输入记号的

　　捉拿绘制在 ADC 输出数据足下，如图 29 所示。防备测得的峰峰值噪声为 426 mV，而 ADC 峰峰值噪声约为 26 mV。只管这样高的 10 应用 Python 表明混杂模式信号链中的噪声的简短办法（筹划）在本质的严密旗号链中是不实际的，但本研习证明，无妨仰仗 ADC 的里面滤波器充当记号链中的急急带宽节制和降噪元件。

　　结论噪声是任何密码链中的限制要素；一旦噪声混浊了信号，讯歇就会丧失。在构修灯号搜罗系统之前，必须领会应用须要，相应地遴选组件，并考试原型电途。本教程提供了一系列可在盘算和考试进程中使用的周详修模和衡量传感器和暗号链噪声的步骤。

　　本教程中轮廓介绍的技艺独立来叙并不是什么新鲜事。只是，为了完成一个符合的体系，据有一组根基的、易于完毕的和低资本的身手来完竣灯号链建模和验证是很有价格的。虽然建树商无间供给机能更高的零件，但长久存在一定的节制，人们一定提防这一点。这些技术不仅可用于在构修混闭模式旗号链之前验证部件，还可用于鉴识现有灯号链中的谋划缺欠。

　　4 史蒂文·W·史小姐。科学家和工程师数字记号处理指南。加利福尼亚武艺出版社，1999 年。5 清满。“ MT-229：量化噪声：方程的伸张推导，SNR = 6.02 N + 1.76。” ADI 公司，2012 年 8 月。

　　6 沃尔特·凯斯特。“ MT-001：从臭名远扬的公式中解开谜团，SNR = 6.02N + 1.76dB，以及为什么他应当关心。” 效仿设备公司，2009 年。

　　11 沃尔特·凯斯特。“ MT-017：过采样插值 DAC。” 仿效筑筑公司，2009 年。

　　Mark Thoren 是 ADI 公司的系统计划/架构工程师。大家占领缅因大学的农业/机器工程学士学位和电气工程硕士学位。马克试图让考查室的事宜台储备足够的征战，这些兴办是在破碎形态下取得并复兴生气的。

　　Crisna Șuteu 于 2019 年插手 ADI 公司的系统创办部分，仔肩体系操纵工程师。在 ADI 事件工夫，她为软件更始做出了进贡，在技术出版物和培训中担任过差异的角色，并为 ADI 大学策划提供作育材料，包括 ADALM2000 的视频系列。CrisTIna 据有罗马尼亚克卢日-纳波卡本领大学的电气工程学士学位，以及与法国波尔多大学闭营的克卢日-纳波卡武艺大学的旗号和图像照应硕士学位。

　　的使用，人们对它的诙谐补充了。于是，商酌大伙正在勉力抬高其效力，以最低

　　作者：Amir Tahavorgar宣告于：2014年第16届谐波与电能材料国际会议（ICHQP）纲要：本文想量了 2 级交错式 DC/DC 升压

　　、中文原料、英文原料、参考绸缪、用户指南、管理策画等资料，打算无妨接济到遍及的电子工程师们。

　　，可用于航空航天和防务行使，征求相控阵雷达和地面卫星通信（SATCOM）。

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　　（Digital-to-Analog Converter，DAC）将数字

　　。由Dr. Vatché Vorpérian于90年月提出，最精练的因袭一个事件于CCM

　　Δ-ΣADC），您可在2.5 SPS下剖析输入低至6 nVRMS，增益为128 V / V的

　　到二元有限长度输出号召的振幅量化，界限常日在6到18b之间，是一个固有的非线性历程。该非线性个性显露为ADC

　　，情由全部人们确定效法单元在仓猝的方面能与逻辑门相对抗：它们具有通用的成效，有渊博的用谈。在被怀念移入微左右

　　软件无线电是继效法通信技能、数字通信本领之后的第三代无线通信武艺， 而模数数模

　　1/9具体。其内置0.25Ω功率MOSFET的PWM电途使该调整器材有很高的功率效劳。内中抵偿辘集也省略

　　杜兰大学（Tulane University）的商酌人员们创办了一种新型

　　，它具有很大的测速界限（０～２５００Ｈｚ）和较宽的独揽温度规模（－４０～１５０℃），同时具有二线制电流操作、气隙诊断和反向电压支持（－３０Ｖ）等一系列性子。它可

　　和用于坎阱它的元器件的限制。本次斟酌会还将介绍少少在线蓄意对象，有助于裁夺数据

　　的技术，参考输入。它可能颠末操纵直流仿照电压并在A / D的数字输出上张望“代码闪光”来补充评估A / D

　　的把握回途很贫苦，原故它的阻抗很低。反馈（FB）引脚和贫穷顶部FB电阻。在“Designer系列，第五限定：电流

　　。其本旨是需要一个参考希图，以便用于各样布线完竣。不过，这一办法却并不实践。没关系回收很多得胜的

　　。本陈述是针对MSP430X11X（1）系列编写的，但可以适用于任何MSP430导数。

　　(DAC)的基础常识，搜求DAC根基架构、理会DAC偏向、如何阅读DAC数据手册，以及如何拣选妥当的DAC。

　　是由一系列高精度的电阻麇集组成，平常只能进行定点的实验及标定，分别厂家的

　　，上游电源树的某个地点也有不妨生涯开合电途。因而，有一定贪图经过优化和阻尼顾问的多级滤波

　　基本上由4个控制组成，即权电阻汇聚、运算延长器、基准电源和仿制开关。模数

　　源需加以牵挂。不管频率为高速(

　　通时，DCM事宜可能提供速快的瞬态性能，为输出电容重新充电，是以将LED的模仿调光临至最低。为了关意地平和DCM升压

　　日前，德州仪器 （TI） 宣告推出一款具有可下载 TINA-TI™ SPICE 模型的逐次接近存放

　　丈量,增量累加ADC轮廓上看起来恐怕很错杂，但实质上它是由一系列简略的部件所构成的周详数据

　　的使用 ADS7864是Burr-Brown公司征战的12位6通叙A/D

　　DS4404 4通讲可保养电流型DAC (或2通道版本DS4402)在DC-DC

　　或adc,analog to digital converter）；将数字