[参考译文] AFE5801：AFE5801上的数字增益

Brian，
我将此移至支持此设备的医学论坛。
谢谢！
Vishy

您好Brian：

这里至少有3个不同的问题，我们将尝试逐一解决。

(i)在比较AFE5801与ADS5282时，请注意AFE是完整的信号链，其模拟前端(AFE)后跟ADC，而ADS5282只是一个ADC。 信号链的输入参考噪声取决于AFE的噪声贡献以及ADC的量化噪声。 AFE5801中ADC之前的VGA的用途是放大输入信号，以便最大程度地增大ADC输入处的电压摆动。 选择VGA的最大增益(AFE5801中为31dB (典型值))，以便为您提供必要的增益范围，确保整个信号链受模拟放大器而非A/D转换器的限制。 A/D转换后的数字增益允许在不影响信号模拟部分的情况下改变数字化数据。 这为系统设计提供了额外的自由度，有助于优化SNR和整个信号路径的失真。 要更好地全面了解数字增益的好处，请参阅我们的一位同事的EDN文章：
www.edn.com/.../ADC-programmable-digital-gain-allows-tradeoffs-in-SNR-and-distortion-performance

问题：如果有额外的内部位记录量化信息，那么为什么在没有应用数字增益的情况下不使用这些位？

响应：通常在任何部分(AFE5801或ADS5282)中，内部数字数据路径宽度都比输出中可用的宽度大得多，这是因为在数字数学过程中会造成精度损失。 如果您可以为我们提供一些精确应用的背景和/或信号链图，我们可以帮助您更好地阐明您需要做什么以及如何使用AFE5801中的各种旋钮。

(三)问题：对于小电压信号来说，最好的做法似乎是调整ADC的比例。 这样做有什么问题？

回应：调整ADC的比例是解决直接问题的非常复杂的方法，有两个原因：
(i) ADC的“刻度”通常由ADC参考电压设置。 ADC参考电压由某种固定的低噪声参考设置。 选择参考非常重要，因为参考上的任何噪声都会直接影响A/D转换的质量。 (见 ：www.ti.com/.../slyt331.pdf)。 更改ADC标度意味着操作ADC参考电压。 根据所使用的ADC类型，可以有多种噪声因素来设置ADC自身的输入参考噪声。 有一些基本限制(如KT/C，闪烁噪声等)设置ADC的输入参考噪声基准，而不受参考电压的影响。
㈡ 其次，处理小型输入信号的最直接方法是在A/D转换之前获得这些信号。 这样，ADC输入参考噪声基底比输入信号小得多。 如果您使用的是诸如ADS5282之类的独立ADC部件，则需要使用外部可变增益放大器来实现相同的功能。 这正是ADS5282中引用的段落所要说的内容。 这就是为什么在ADC之前将一个集成的Flexible VGA作为信号链的一部分(例如在AFE5801中所做的工作)非常有用的原因。

同样，如果您可以为我们提供一些精确应用的背景和/或信号链图，我们可以帮助我们更好地阐明您需要做什么以及如何使用AFE5801中的各种旋钮。 输入电压电平的信号路径方框图将极大地帮助您优化您的解决方案。

您好，Praveen：

感谢您的详细回复。 为了澄清"数字增益"究竟是什么，我有以下问题：

1)我假设2的"数字增益"不是简单的向左移动(乘以2)。 在这种情况下，将丢失分辨率，并且不会获得SNR。 实际上，量化噪声也增加了2，因为量化步骤现在更大了。 这不是您所做的，对吗？
2) AFE5801是否具有“额外的内部位”，用于在数字信号放大时减少量化噪声？
3)随着“数字增益”的增加，信号强度与量化噪声的比率是否实际提高？

对于我的应用，我在8个ADC路径中有不同信号强度的信号。 振幅差高达8dB。 我希望每个信号路径的SNR性能相同(或接近相同)，但AFE5801将每个路径中的模拟增益设置为相同。 但是，数字增益可能有所不同。 所以，这就是为什么我想弄清楚“数字增益”的作用。

—Brian

Brian，

AFE5801的ADC比ADS5282领先一代。您的未久之处是正确的。 AFE5801的内部位也与ADS5282相同。因此，当您设置6dB的增益时，SNR会稍有改善。对于您的应用，数字增益似乎是一种好方法。这是假设信道到信道增益差异是固定的或可以预测的。

谢谢！

我们没有确切的数字。我的电子信息大约为1~1.5dB。通常12位ADC SNR为70dB，14位ADC SNR约为72~73dB。因此6dB意味着转换为1位。因此接近13位性能。

是的，但这些SNR数字用于全尺寸输入。

考虑低于满刻度6dB的输入(在模拟增益之后)。 假设一个完美的模拟放大器，如果我将模拟放大器的增益提高6dB，SNR应该会提高6dB，因为我的量化噪声相同，但我的信号强度增加了6dB。 但是，如果我将模拟增益保持不变，而使用6dB的“数字增益”，我的SNR有何改进？ 在这种情况下，我猜量化噪声可能会略微增加。

—Brian

Brian，我们不能将数字增益假设为理想的放大器。即信号+6dB和噪声相同。实际上，噪声也会放大几dB。更好的思考方式仍然是13位ADC。对于13位ADC， SNR dBFS比12位的好一点，我们说1.5dB好一点。当您有数字增益时，您就可以通过MSB。在新的12位数据中，信号加倍，噪声增加不是6dB，也许是4.5dB。 因此，dBc中的整体SNR改善约为1.5dB。

谢谢！

最好在数据表中提供有关这方面的测量和定量信息。 设计师还能知道这种"数字增益"有多大用处吗？ 数据表中也没有提到它的工作方式。 您说的是它就像一个13位ADC。 这是否意味着使用了1个额外的"内部位"？ 如果只考虑量化噪声，这是否意味着根据 electronicdesign.com/.../signal-noise-ratio-snr-equation中的公式 ，SNR增益确实会提高6dB，这将是非常好的。 否则，只有1.5 dB增益令人失望。

数据表应讨论这些内部位。

是否有任何TI ADC在每个通道上具有单独可编程的模拟增益？