CN100512014C - 一种降低模拟数字转换系统工作噪声的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了通信、自动化领域中的降低模拟数字转换系统工作噪声的电路，该电路的系统时钟电路分别与后端处理系统和差分驱动接收器相连接，差分驱动接收器与所述模拟数字转换器相连；输入的低噪声模拟信号经所述滤波器滤波，再经运算放大器放大，然后送至模拟数字转换器，经采样保持量化编码后，通过差分驱动发送器送至后端处理系统。滤波器、运算放大器、模拟数字转换器和差分驱动发送器由外接线性稳压电源供电，后端处理系统和系统时钟电路由开关电源供电。本发明减少了后端数字系统工作对模拟数字转换系统内部模拟电源的干扰，降低了工作噪声，提高了小信号的检测能力；减少了后端数字处理系统的工作噪声对采集系统的串扰，提高了量化的精度。
Description
技术领域
本发明涉及通信、自动化领域，具体涉及一种提高模拟数字转换系统对小信号检测和量化精度的电路。
背景技术
随着计算机技术和微电子技术的发展，信号的数字化处理已经在很多领域取代了老式的模拟处理方式，成为了当前电子技术发展的主流。比如在软件无线电应用领域中的对中频信号的直接数字化采集，卫星通信中对接收信号的检测提取，高精度数控机床中的对微弱信号的检测提取等。
《电子工程师》1999年8期，高玉良等撰写的《高速高精度A/D变换器系统的工程设计》，《福建工程学院学报》2004年6月第2卷第2期，陈慧青等撰写的《高速ADC电路传统的电磁兼容设计》中介绍了传统减低A/D工作噪声的方法：在系统布局时电源远离中频信号线，模拟地和数字地不交迭，最后只在接近电源处一点进行汇接；A/D的模拟和数字电源共用一个，只是在A/D的模拟电源输入端加磁珠和电容等滤波；A/D输出信号到锁存器锁存和数字总线上噪声隔离，并在A/D输出端加电阻，防止反射，有些直接将A/D输出信号到光耦，再由光耦输出到后端处理系统实现隔离；对送往A/D的时钟信号采用传输变压器或高速差分传输，改善采样时钟。采用此种方法，首先无法从根本上实现模拟数字转换系统与后端数字处理系统的隔离，解决数字系统工作后在地上产生的噪声对前端模拟地的串扰；采用光耦隔离可以实现前后端系统的完全隔离，但光耦无法施用于高速模拟数字转换系统；其次，由于A/D内部既有模拟又有数字部分，模拟和数字部分共用一个电源，仅通过磁珠和电容来滤除数字部分工作产生的对电源的干扰，在小信号的提取与检测中是不够的。因为一般A/D工作的基准电压都是通过模拟电源供电，有些则直接集成到A/D内部，从输入的模拟电源提取，从而输入A/D模拟电源上噪声的大小，直接影响到了A/D的量化精度。现有技术中的模拟数字转换系统原理图参见图1。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中后端处理系统工作后对前端采集系统的干扰，提高模拟数字转换系统对小信号检测能力和量化精度。
本发明的电路，包括滤波器、运算放大器、模拟数字转换器、差分驱动接收器及其系统时钟电路和后端处理系统，所述系统时钟电路分别与后端处理系统和差分驱动接收器相连接，所述差分驱动接收器与所述模拟数字转换器相连，该电路还包括差分驱动发送器或光纤发送器，后端处理系统是差分接收器；所述滤波器、运算放大器、模拟数字转换器和差分驱动发送器或光纤发送器由外接线性稳压电源供电；后端处理系统和系统时钟电路采用外接开关电源供电；输入低噪声模拟信号经所述滤波器滤波，再经运算放大器放大，然后送至模拟数字转换器，经采样保持量化编码后，通过差分驱动发送器或光纤发送器送至后端处理系统。
在上述方案的基础上，本发明还可以增加单片线性稳压电源，滤波器、运算放大器、模拟数字转换器的模拟电源输入端由单片线性稳压电源供电，模拟数字转换器的数字电源输入端和差分驱动发送器或光纤发送器用外接线性稳压电源供电。如果模拟数字转换器还外接基准芯片，外接基准芯片也由所述单片线性稳压电源供电。
与现有技术相比，本发明减少了后端数字系统工作对模拟数字转换系统内部模拟电源的干扰，降低了电源波动对模拟数字转换器的影响，降低了工作噪声，提高了小信号的检测能力。减少了后端数字处理系统的工作噪声对采集系统的串扰，提高了量化的精度，在同样信噪比指标下使PCB布线难度降低。提高了对小信号检测和分辨的能力。
附图说明
图1是现有技术中的模拟数字转换系统实施方案图；
图2是本发明的一个实施例框图；
图3是本发明的另一个实施例框图。
具体实施方式
图2是本发明的一种实施方案，以模拟数字转换器(A/D自身集成有电压基准)为核心，并配以模拟运算放大器、差分驱动接收器、差分驱动发送器或光纤发送器组成，外接通用线性电源。
输入低噪声模拟信号，首先通过有运算放大器和滤波器，对输入模拟信号进行预滤波，滤除不需要频率分量，保留自己关心频率分量，对滤波后信号放大。然后将放大后的模拟信号送至模拟数字转换器输入端，经采样保持量化编码后，送至差分驱动发送器，通过差分驱动发送器送至后端处理系统。
模拟数字转换系统单独使用一个线性电源，不与后端数字系统共用电源，由于采用差分传输方式或光纤传输，所以和后端数字系统不共地，减少后端数字系统对前端模拟数字转换系统干扰。而模拟数字转换器模拟地端和印制板的模拟地端相连，模拟地上的噪声大小，直接影响到模拟数字转换系统对小信号的检测提取能力，而模拟数字转换器一般都要求模拟和数字地最终要找一点相连。所以从某种意义上说，降低了本系统的数字地噪声，也就是降低了系统模拟地的噪声。
图3是本发明的另一个实施方案。在图2的实施例的基础上，在模拟数字转换系统单独使用一个线性电源的前提下，在A/D的模拟电源输入端和运算放大器电源端前，增加单片线性稳压电源。如A/D需外接基准芯片的，则在A/D的模拟电源输入端、运算放大器电源端、基准芯片的输入端前增加单片线性稳压电源。模拟数字转换器的数字电源输入端和差分驱动发送器或光纤发送器用外接线性稳压电源供电；
模拟数字转换器一般有两个电源输入端，一个为模拟电源输入，一个为数字电源输入，模拟电源输入端的电源特性好坏(纹波系数)，直接影响到模拟数字转换器的量化精度。数字电源输入端主要是对模拟数字转换器内部的数字电路供电，即编码部分，由于是数字电路，所以工作后会使整个电源线上的噪声增大。同时数字电路对电源要求不是很高，一般输入电源略高于芯片要求工作电压，照样可以正常工作。所以可以将外接线性电源工作电压略微调高，通过单片线性稳压电源稳压后，达到模拟数字转换系统的模拟电路电源和模拟数字转换器模拟电源的标准工作电压，起到稳压减少模拟电源波动的作用，进而提高模拟数字转换器的量化精度。
单片线性稳压电源可以起到很好的稳压作用，从而降低模拟数字转换系统数字部分工作后在电源上产生噪声对A/D工作影响。在A/D的输出端接差分驱动发送器或光纤发送器，后端处理系统采用差分接收器或光纤接收器，使其两个系统不共地，并且各自使用一个电源，模拟数字转换系统采用线性电源，后端处理系统采用高效开关电源，这样后端处理系统的工作噪声对前端模拟数字转换系统的影响将减到最小。
Claims (6)
1、一种降低模拟数字转换系统工作噪声的电路，包括滤波器、运算放大器、模拟数字转换器、差分驱动接收器及系统时钟电路和后端处理系统，所述系统时钟电路分别与后端处理系统和差分驱动接收器相连接，所述差分驱动接收器与所述模拟数字转换器相连；其特征在于，还包括差分驱动发送器，后端处理系统是差分接收器；
所述滤波器、运算放大器、模拟数字转换器和差分驱动发送器由外接线性稳压电源供电；所述后端处理系统和系统时钟电路采用外接开关电源供电；
输入低噪声模拟信号经所述滤波器滤波，再经运算放大器放大，然后送至模拟数字转换器，经采样保持量化编码后，通过差分驱动发送器送至后端处理系统。
2、一种降低模拟数字转换系统工作噪声的电路，包括滤波器、运算放大器、模拟数字转换器、差分驱动接收器及系统时钟电路和后端处理系统，所述系统时钟电路分别与后端处理系统和差分驱动接收器相连接，所述差分驱动接收器与所述模拟数字转换器相连；其特征在于，还包括差分驱动发送器、单片线性稳压电源，后端处理系统是差分接收器；
所述滤波器、运算放大器、模拟数字转换器的模拟电源输入端由所述单片线性稳压电源供电，模拟数字转换器的数字电源输入端和差分驱动发送器用外接线性稳压电源供电；所述后端处理系统和系统时钟电路采用外接开关电源供电；
输入低噪声模拟信号经所述滤波器滤波，再经运算放大器放大，然后送至模拟数字转换器，经采样保持量化编码后，通过差分驱动发送器送至后端处理系统。
3、权利要求2所述的降低模拟数字转换系统工作噪声的电路，其特征在于，还包括模拟数字转换器外接基准芯片，所述外接基准芯片也由所述单片线性稳压电源供电。
4、一种降低模拟数字转换系统工作噪声的电路，包括滤波器、运算放大器、模拟数字转换器、差分驱动接收器及系统时钟电路和后端处理系统，所述系统时钟电路分别与后端处理系统和差分驱动接收器相连接，所述差分驱动接收器与所述模拟数字转换器相连；其特征在于，还包括光纤发送器，后端处理系统是光纤接收器；
所述滤波器、运算放大器、模拟数字转换器和光纤发送器由外接线性稳压电源供电；所述后端处理系统和系统时钟电路采用外接开关电源供电；
输入低噪声模拟信号经所述滤波器滤波，再经运算放大器放大，然后送至模拟数字转换器，经采样保持量化编码后，通过光纤发送器送至后端处理系统。
5、一种降低模拟数字转换系统工作噪声的电路，包括滤波器、运算放大器、模拟数字转换器、差分驱动接收器及系统时钟电路和后端处理系统，所述系统时钟电路分别与后端处理系统和差分驱动接收器相连接，所述差分驱动接收器与所述模拟数字转换器相连；其特征在于，还包括光纤发送器、单片线性稳压电源，后端处理系统是光纤接收器；
所述滤波器、运算放大器、模拟数字转换器的模拟电源输入端由所述单片线性稳压电源供电，模拟数字转换器的数字电源输入端和光纤发送器用外接线性稳压电源供电；所述后端处理系统和系统时钟电路采用外接开关电源供电；
输入低噪声模拟信号经所述滤波器滤波，再经运算放大器放大，然后送至模拟数字转换器，经采样保持量化编码后，通过光纤发送器送至后端处理系统。
6、权利要求5所述的降低模拟数字转换系统工作噪声的电路，其特征在于，还包括模拟数字转换器外接基准芯片，所述外接基准芯片也由所述单片线性稳压电源供电。
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