A/D变换器对频谱仪和信号分析仪动态范围的影响

摘要： 在现代频谱仪和信号分析仪中，随着数字信号处理技术的广泛采用，高速A/D转换器(ADC)的应用及其性能越来越受到关注，因为它的性能直接影响频谱仪和信号分析仪的精度，尤其是ADC的动态性能，包括信噪比和有效位数。ADC的动态范围性能可以通过其位数(N)和采样频率(fs)计算出理论值，同时也可以通过实际测试获得频谱仪和信号分析仪的所选数字处理通道A/D处理的实际动态指标。是否ADC的位数越高意味着分析动态范围越大呢？结果并非如此。要注意，在评价两种仪表时，要采用同等条件和一致的指标定义方法，仅仅关注ADC的位数是错误的，应当关注其有效位数、信号和分析带宽、采样频率和信噪比。

ADC动态指标

信噪比
对于理想的ADC来说，在奈奎斯特带宽内的量化误差为一白噪声随机信号，其量化方差。其中q=2^-N为A/D变换器的量化间距，N为A/D字长N位。
量化噪声的信噪比为：
SNR=6.02N+1.76+101g(f_s/2B)   (1)

式中，N是ADC的位数，f_s是采样频率，Ｂ是模拟输入信号的带宽。上式右边第三项表示增加采样频率(过采样)可提高信噪比。

有效位数
实际上ＡＤＣ的误差表现为静态及动态非线性误差，并且动态误差随输入信号压摆率的增加而变大。因此实际测量的信噪比要比理论上的小一些。计算有效位数(ENOB)可以从对方程(1)的N求解得到。
ENOB(N)=[SNR-1.76-101g(f_s/2B)]/6.02   (2)

图1

图2

频谱仪和信号分析仪内部的ADC指标评估

ADC动态所影响的信号分析仪指标
典型的频谱仪电路框图如图1所示。其中ADC处于中频信号之后，对中频(或视频)信号进行采样和转换。ADC的性能影响到频谱仪的噪声和信噪比等指标，还影响到频谱仪的失真指标，包括谐波、杂散和互调失真。

对于现代信号分析仪来说，中频和视频信号的处理基本采用数字技术和矢量分析(IQ分析)技术。因此，DAC所造成的影响就显得十分重要。

举例分析ADC动态所影响的信号分析仪指标
以罗德与施瓦茨公司FSQ为例，对于A/D转换和数据分析部分进一步分析，框图如图2。