概要
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构建精密数据采集系统的信号链解决方案时，优化信号的极大挑战是管理信号链之间 噪声的平衡所带来的挑战。增益级的增益大小、增益级能否直接驱动模数转换单元、 SNR 与增益的关系、数字滤波在信号链中的作用等问题都是设计工程师在构建数据采集信号链时经常考虑的问题，本文将从噪声权衡角度方面对这些问题进行阐述。
本文主要介绍缓冲器带宽大小的选择
整体架构流程
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以 20 位 ADC 为例，它的估值因子是 2 3，这将使得缓冲频率约为奈奎斯特频率的九倍。 若使用一阶滤波器，占空比为 40%，那么缓冲器以 9.3 倍奈奎斯特频率上升到 14.7倍。缓冲器的噪声带宽是 ADC 噪声带宽的 15 倍。假如将采样占空比由 40%降低至 20%或 25%，噪声将与滤波器的带宽成正比。尽管缓冲器噪声谱密度很低， 但它的频带比较宽，采样时向下折叠到 ADC 带宽内，使得所有噪声都从零折叠到奈奎 斯特频率。如果信号链中有来自电源或信号链中的任何外部干扰，这些杂散频率较高 且会再次折叠，因此从毛刺幅值角度或电源干扰抑制角度来看，努力减少缓冲带宽显 得极为重要，毕竟缓冲级在信号链中具有较宽的带宽。 有些低端应用中 ADC 运行速度较慢，比如时钟频率为 5MSPS 而非更高，在此速度下 会有更多时间稳定反冲，因此可以减少缓冲滤波器的带宽
技术名词解释
ADC:
模拟数字转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小
信号采样：
取样是指从总体中抽取个体或样品的过程，也即对总体进行试验或观测的过程。分随机抽样和非随机抽样两种类型。前者指遵照随机化原则从总体中抽取样本的抽样方法，它不带任何主观性，包括简单随机抽样、系统抽样、整群抽样和分层抽样。后者是一种凭研究者的观点、经验或者有关知识来抽取样本的方法，带有明显主观色彩。参见“随机抽样”、“非随机抽样
技术细节
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有些低端应用中 ADC 运行速度较慢，比如时钟频率为 5MSPS 而非更高，在此速度下 会有更多时间稳定反冲，因此可以减少缓冲滤波器的带宽。 对于有些应用需要增加缓冲滤波器带宽，一般有两种方法，一种是增加电阻，另一种 是增加电容，二者各有其优缺点：
1、增大电容，
增大电容可以将幅值降低，缓冲器会以更线性的方式运行但不大可能进 行大信号采样。当然，较小的电容会在另一端产生较低的滤波器噪声，增加交流负载 和功耗，也有可能导致驱动器不稳定。
2、增大电阻，
若电阻增大五倍就会导致失真直接增加，因为 ADC 产生的所有非线性 电流都按电阻值缩放。但有利的一面是增大电阻可以减少缓冲器的负载，这样不仅延 长驱动器寿命还会降低交流功耗。
小结
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了信号链中各级模块的噪声谱密度幅值和带宽大小，其中蓝色部分为增益级， 橙色为 ADC，绿色为缓冲级。所有模拟前端的噪声谱密度均会折合到 ADC 输入端，出 于示例目的，将增益级的噪声谱密度被限制为信号频率的四倍以实现通带内较大的平 坦度。与 ADC 噪声谱密度相比，缓冲级噪声谱密度较低但带宽明显更宽，通常达到了 ADC 噪声频率的 10 倍或 15 倍。如下篇幅也将说明为何将缓冲器带宽设置较宽的原因。