ADC采樣的過程包括數(shù)據流進行采樣、數(shù)字下變頻、數(shù)字濾波、抽取和快速傅里葉變換。從數(shù)據上的處理如下圖1,鏈路上的處理流程如下圖2.
NCO之前的中頻頻率是fS/2P(P為整數(shù),取決于采樣),NCO下變頻后為真正的數(shù)字中頻I/Q。
首先,使用NCO將在fS處采樣的數(shù)據數(shù)字下變頻到基帶(復數(shù)I/Q)。然后,使用可編程低通數(shù)字濾波器對數(shù)據流進行濾波。在預抽取數(shù)字濾波設置中頻帶寬,隨著中頻帶寬變小,并且濾波使寬帶噪聲衰減,帶內積分噪聲功率會降低。
接下來,以M進行抽取會將有效采樣速率降至fS/M,抽取是一種僅觀察ADC采樣樣本的周期性部分,而忽略其余部分的方法。抽取的結果是降低ADC的采樣速率。例如,1/4抽取模式意味著(總樣本數(shù))/4,有效地拋棄所有其他樣本。
在之前的文章中我們講過,ADC的處理增益是10log(fS/2BW),一個N位的ADC的動態(tài)范圍就會增加到6.02N+1.76+10log(fS/2BW)。
噪聲降低就相當于SFDR增加,從射頻的角度來說就是,采集的帶寬變窄,雜散沒有被采集進來,動態(tài)范圍增加。
到達抽取降采樣率這里,就完成了數(shù)據時域從模擬到數(shù)字的過程。分析數(shù)據的指標在時域上很難區(qū)分,所以采集完之后需要對數(shù)據從時域到頻域進行變換,F(xiàn)FT。
快速傅里葉變換(FFT)。
典型的FFT使用數(shù)萬或數(shù)十萬個采樣點,甚至可能達到幾百萬個采樣點。對于大多數(shù)ADC采樣速率。FFT 窗口大小定義為奈奎斯特頻譜 (fs/2) 除以頻率單位的 FFT 樣本數(shù)。例如,一個200M的ADC?(100MHz)采樣,F(xiàn)FT的點數(shù)是214,F(xiàn)FT的 窗口大小為:
100Mbps/16384=6.1kHz
窗口的大小就代表著對信號的分辨率,串口越小,分辨率越高。也是我們頻譜儀中的RBW。
NSD定義的噪聲單位為帶寬或FFT窗口頻率大小為1 Hz。
經過FFT變換后的噪底是多少呢?
經過FFT變換后的ADC的噪聲相對與NSD來說,是NSD的6000倍。相當于FFT的窗口積分了噪聲。
此時的噪聲電平應該是NSD+39dB
經過M抽取后,F(xiàn)FT長度為N的窗口帶寬為:FS/MN
根據上述,可以將ADC的處理本底噪聲(K)與ADC的噪聲譜密度(L) 關聯(lián)起來,經過FFT變換后的ADC量化的噪底為:
K=NSD+10log(FS/MN)
從以上可知,提高抽取倍數(shù)M或者增加FFT長度N都可以降低量化噪聲。
注意FFT采樣長度變化并不影響ADC的噪聲頻譜密度。 它只是將噪聲分布在不同的單位頻率帶寬上。
抽取倍數(shù)M取決于采樣率和基帶帶寬,而增加FFT的長度N。N越大,窗口越窄,分辨率越高,積分在窗口內的噪聲就越小。
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