当在采样或次采样接收器设计中使用高性能奈奎斯特数字转换器(ADC)时，RF设计人员需要了解ADC在小信号和大信号输入时的噪声性能。在这两个信号电平极值下，接收机必须满足灵敏度和阻塞(高电平干扰)要求，ADC对每个电平产生的噪声量不同，可以用其有效噪声系数来表示。在确定ADC的交流要求时，对用户来说，了解ADC噪声在接收机队列中的贡献量是很重要的。对于下面的讨论，我们假设在变换器的奈奎斯特带中噪声是平坦的。

确定有效噪音指数

对于较小的输入信号(约为-35dBFS)，热量化噪声功率主导ADC噪声底，用于近似ADC的有效噪声系数(NF)。一旦知道了ADC的NF，就可以使用级联噪声系数方程¹来确定接收机输入端的总体接收机噪声系数。小信号输入的ADC噪声贡献水平用于接近或略高于接收器灵敏度的信号。参考图1，使用以下步骤近似计算小信号输入电平的ADC有效噪声系数:

1. 计算ADC满量程电平(以dBm为单位)。这一步是必要的，因为热量化噪声功率通常以dBFS为单位给出，噪声系数以dBm为单位计算。

2. 根据元件供应商的数据表或通过测量(对于- 35dbfs量级的小信号输入电平)确定热量化噪声底电平(以dBm为单位)。

3. 通过减去10 × log (f(SAMPLE)/2)计算1hz带宽的归一化噪声底电平，其中f(SAMPLE)以Hz为单位。

4. 确定1Hz带宽下的热噪声功率;
   KTB = 4.002 × 10(-21)瓦(或以对数形式= -174dBm)，其中
   K =玻尔兹曼常数= 1.381 × 10(-23) W/Hz/K;
   室温T = 290k
   B = 1Hz的归一化带宽

5. 通过从步骤3计算的结果中减去步骤4的结果来计算有效噪声系数。

在实际应用中，一旦ADC的有效噪声系数已知，电路的级联噪声系数(RF &IF)确定;选择ADC前的最小功率增益以满足所需的接收机噪声系数。功率增益的数量对最大阻碍器或接收机可以容忍的最高干扰水平有一个上限。对于蜂窝基站应用，如果不实现一定数量的自动增益控制(AGC)， ADC通常没有足够的动态范围来满足噪声系数要求(接收器灵敏度)和最大阻挡器要求。AGC可以包括在RF或IF级(或两者)中。当使用高分辨率转换器时，热量化噪声较低，从而降低了ADC的有效噪声系数。因此，在接收器队列中需要更少的增益来实现接收器噪声系数，从而减少了在存在更高电平阻滞器时对AGC电路的需求。

对于中间信号电平输入，变换器的微分非线性(DNL)噪声随着主要子范围边界的穿越而增加。中间信号电平可以定义为大于-35dBFS的信号电平，但仍低于时钟抖动显著增加ADC噪声功率的输入电平。中间信号电平不是本应用笔记的主要焦点，因为它们介于灵敏度和阻塞信号电平极值之间。

对于大电平输入信号(接近满量程)，ADC噪声底电平增加，主要是由于时钟抖动。信噪比定义为信噪比(SNR)。在任何特定应用中，ADC噪声功率的可接受水平是在同时向接收端施加阻挡器和较小信号的情况下计算的。在任何应用中，信噪比可以指定为任何带宽，但它通常指定在第一奈奎斯特区域(采样率的一半)或在期望的信号带宽。因此，对于用户来说，密切关注整个计算过程中使用的带宽是非常重要的。

参考图2并按照以下步骤近似ADC的大输入信号有效噪声系数:

1. 已知最大允许V(P-P)和输入终端电阻R(in)，确定转换器的满量程电平(以dBm为单位)。

2. 请注意，信噪比在制造商的数据表中指定或由用户测量的水平(如图2中的X dB所示)。

3. 已知信噪比，计算转换器在第一奈奎斯特区域的噪声功率(以dBm为单位)。

4. 使用采样率，计算10 × log (f(sample)/2)，其中f(sample)以Hz为单位。

5. 用(3)的结果减去(4)的结果，确定转换器在1Hz带宽下的噪声功率。

6. 计算B = 1Hz时的KTB(在室温下等于-174dBm)。

7. 用(5)的结果减去(6)的结果，计算出有效噪声系数。

使用MAX1428的数字示例

MAX1428的初步规格如下(见表1):

MAX1428 ADC噪声贡献

假设横跨MAX1428差分输入引脚的终止电阻产生的总差分电阻为200欧姆。满量程输入电平计算为大约等于+6 dBm (2.5V(P-P)横跨200欧姆)。当时钟速率为80Msps时，热量化噪声本底功率在第一奈奎斯特区域等于-78.3dBFS或-72.3dBm。由于70MHz输入电平增加到-35dBFS以上，但不接近满量程，转换器DNL噪声使总转换器本底噪声增加1.3dB，达到-71dBm。随着输入电平进一步提高并接近满量程，由于ADC时钟抖动，本底噪声额外增加1.3dB，达到-69.7dBm，导致有效噪声系数为28.3dB(按图2中概述的程序)。

接收器灵敏度的阻断器缺失场景

假设ADC前的所有电路的级联噪声系数为3.5dB。假设ADC的目标是将整个接收机噪声系数降低不超过0.2dB，以满足CDMA基站接收机的某些目标灵敏度。这个噪声系数值应该为空气接口要求提供足够的余量，这也取决于最终探测器的Eb/No(比特能量与噪声功率谱密度比)要求。如果使用表1中的MAX1428热量化本底噪声值，则当器件的时钟频率为80Msps时，可以计算出25.7dB的等效噪声系数(按图1中概述的程序)。由于实现了处理增益，在1.23MHz CDMA信道带宽内的ADC噪声比第一奈奎斯特区域的噪声低15.1dB。除非另有说明，图4中的所有噪声功率都是在信道带宽中计算的。计算出35dB的总增益，以达到所需的典型噪声系数值3.7dB。

阻断剂现状

当增益比ADC高35dB时，天线终端高于-29dBm的最大单音屏蔽电平将超过ADC满量程输入。cdma2000 蜂窝基站标准规定天线终端的最大允许阻断电平为-30dBm。在任何实际应用中，当考虑接收机增益容差时，设计中都需要考虑到这个最大阻挡电平的余量。在本例中，使用6dB增益降低来增加应用于ADC的最大允许阻断信号。这种增益降低导致天线处的最大阻断电平为-25dBm, ADC输入处的最大阻断电平为+4dBm(在-2dBFS时)。cdma2000空中接口标准允许在单音阻挡器存在时，相对于参考灵敏度总体(噪声+失真)降低3dB。(噪声+失真)组件的分配留给任何特定接收器配置的设计者。例如，假设设计人员允许RF前端级联噪声系数在施加6dB AGC时降低0.5dB(从标称的3.5dB)。由于ADC前增益仅为29dB，有效噪声系数为28.3dB，级联接收器在“阻塞条件”下的噪声系数为5.3dB，比根据接收器灵敏度计算的3.7dB噪声系数降低了1.6dB。这比cdma2000标准中允许的3dB降级(噪声+失真)低1.4dB。

ADC噪声和失真(SINAD)

如果使用ADC的SINAD值72.5dB代替信噪比(考虑到ADC的噪声和失真分量)，则由于射频前端噪声系数和ADC(噪声+失真)导致的噪声系数总体下降将为2.1dB，仍低于本次测量分配的3dB。因此，如果需要，仍然为接收机前端的(噪声+失真)性能分配0.9dB的退化。

结论

本应用说明说明ADC根据信号输入电平产生不同级别的噪声功率，并且ADC噪声影响小信号电平和大信号电平极值的整体接收器响应。如果在接收器设计中没有适当考虑到ADC噪声(和失真)功率的级联贡献，那么对于任何特定应用，转换器可能超过或低于规定。

笔记

1. 10×日志天文= 10×日志(F1 + (F2 - 1) / G1 + (F3 - 1) / G1G2 +……+ (Fn - 1)/G1G2…G(n - 1))

参考电路

1. 《宽频接收器的数位技术》，徐锦江，Artech House出版社，1995年。

2. RF设计指南，系统，电路和方程，Peter Vizmuller, Artech House出版社，1995年。

3. cdma2000扩频基站的推荐最低性能标准，3GPP2 TSG-C4.1, Release A, 2001年3月30日。