Т. М. АГАХАНЯН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ВЛИЯНИЕ ШУМОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
И КОМПАРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ НА ТОЧНОСТЬ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ СИГНАЛОВ
Рассматриваются влияния шумовых показателей ИОУ и ИКН на точностные характеристики предусилителей, дискриминаторов, АЦП и ЦАП и обсуждаются методы повышения коэффициента шума указанных устройств.
Влияние шумовых показателей особенно существенно влияет на характеристики малошумящих усилителей, дискриминаторов, аналого-цифровых преобразователей и цифро-аналоговых преобразователей.
Следует отметить, что определение шумовых показателей указанных устройств по величине коэффициента шума Fш, определяемого как отношение сигнал/шум на входе, не допустимо. Дело в том, что спектральные составы шумовых сигналов и обрабатываемых входных сигналов, как правило, существенно отличаются друг от друга, поэтому они и усиливаются в разной степени. Поэтому отношение сигнал/шум на выходе и на входе не могут быть одинаковыми, как это утверждается в работе [1]. Определяющим все же является отношение сигнал/шум на выходе устройства, поэтому решение рассматриваемых вопросов требует установить деградацию первичных шумовых параметров с определением на их основании среднеквадратичного уровня шумового сигнала на выходе рассматриваемого устройства U вых. ш.
Влияние шумовых показателей электронных усилителей и дискриминаторов учитывается прямо на стадии проектирования. При этом проектирование двух основных видов малошумящих усилителей, так называемых усилителей с противошумовой коррекцией [2] и зарядо-чувствительных усилителей [3,4] проводится по разработанной в указанных работах методике с учетом радиационной деградации, как первичных шумовых показателей, так и сигнальных параметров. Аналогично можно произвести проектирование дискриминаторов на ИКН. При этом для оценки спектрометрических показателей и погрешности временных измерений (в виде основной шумовой характеристики, так называемой, джиттера) требуется приведение к входу устройства среднеквадратичного значения шумового напряжения. С достаточно высокой точностью эту операцию можно реализовать на основании формулы
U вх. ш. = U вых. ш / Ku,
где Ku – среднее значение коэффициента усиления. Следует подчеркнуть, что приведенное к входу шумовое напряжение U вх. ш принципиально отличается от фиктивного отношения аналогичной величины, определяемой через коэффициент шума Fш, поскольку Fш выражается не через усредненное значение шумовых сигналов с учетом характеристик усилителя или дискриминатора, а их мгновенными значениями первичных шумовых параметров на данной частоте [5].
Аналогично можно учитывать деградацию шумовых показателей АЦП и ЦАП при их проектировании. При проектировании АЦП учет шумовых показателей можно производить соответствующим выбором эффективных разрядов N через SINAD, представляющий собой реальное значение отношения сигнал / (шум + искажение), т. е.
N = (SINAD – 1,76)/6,02,
Однако АЦП и ЦАП используются в виде готовых микросхем [6], поэтому задача сводится к определению погрешностей, которые возникают из-за действия шумовых показателей отдельных блоков АЦП или ЦАП.
При этом шумовые показатели определяются повторяющимся преобразованием фиксированного входного сигнала. Для получения спектра шумового сигнала, производится запись большого числа преобразования, в результате которого получается некоторое распределение кодов, с последующей обработкой данных по методу Ханна.
Список литературы
1. Noise reduction techniques in electronic systems/ Ott H. W.// A Wiley – Interscience publication John Wiley & Sons. New Yorc. 1976
2. Агаханян предусилители на аналоговых интегральных микросхемах с противошумовой коррекцией // Микроэлектроника.-1998.-Т.27.-N1.-С.35-44.
3. Агаханян -чувствительные предусилители на малошумящих аналоговых интегральных микросхемах// Микроэлектроника-1997.-Т.26.-N3.-С..
4. Агаханян зарядо-чувствительных предусилителей на малошумящих аналоговых интегральных микросхемах// Микроэлектроника-1998.-Т.27.-N6.-С..
5. Агаханян показатели предусилителей на аналоговых интегральных микросхемах // Микроэлектроника-1997. Т.26.-N5. С..
6. Стенин системы с дискретизацией сигнала. М.:МИФИ, 1997.167 с.
