Delta-Sigma ADC计算SNR问题

Herowln

小弟参照《UNDERSTANDING DELTA-SIGMA DATA CONVERTERS》的第七章。在cadence用mos管仿真了一个二阶的delta-sigma ADC，把输出数据导出到matlab处理，得到了这样的图
SNR=43.9dB，和书上的114dB相距甚远，

请大神赐教一下，我红圈那部分该怎么处理啊，可以直接去掉吗？我看书上基本就没有把前面那部分贴出来。
ps：我已经把高低电平1.8v和0v转换成了+-1，但是直流分量还是有点大。

chenyangXJTU

是不是输入信号直流偏置导致的？ 输出数据减去数据平均值再做一个fft应该可以去掉

小海滩

和那部分没多大关系，噪底太高了。
先看看你的积分器运放性能指标达到要求了没。

Herowln

chenyangXJTU 发表于 2020-9-26 11:53
是不是输入信号直流偏置导致的？ 输出数据减去数据平均值再做一个fft应该可以去掉 ...

我用 输出数据减去数据平均值 也不能完全消去DC分量，但SNR增加了几dB，
我用的是1.8V和地做为ADC的参考电压，所以输入了一个900mV直流偏置1.8V峰峰值的正弦信号，我还想问的是这样输入测SNR对吗？

魔陈公仔

3楼是正解，噪底太高了。

另外，看频谱，你的43.9dB应该对应的是SNDR，加上了谐波失真的吧。
书上114dB的SNR是没算谐波失真的，52dB那个SNDR才对应你的43.9dB。

减去直流分量，就是减去频率最低的点，考虑到频谱泄露啥的，减去直流到往后四五个点的频率值，差不多就算是减去了DC了，对应图里大概是10^-4附近的样子？

Herowln

魔陈公仔 发表于 2020-9-28 17:33
3楼是正解，噪底太高了。

另外，看频谱，你的43.9dB应该对应的是SNDR，加上了谐波失真的吧。

大神，我 横坐标忘改了，图是下面这样。

这个ADC按书上设计的时候带宽是 1KHz，我就直接输入了67/65536*1M=1022Hz，（65536采样点，1M采样频率），最后发现按书上给的代码 inband_bins = 0 : N/(2*OSR) 算SNR的话，我信号后面的部分全部都没算进去。 我想问我改怎么衡量这个ADC的性能，该输入什么频率来算SNR？ 代码中的OSR要变吗？还是一直是500。
看我一楼发的，书上好像输入了个几百Hz的信号看SNR。

魔陈公仔

首先呢，要理解什么是噪声整形。一般来说对于一个奈奎斯特ADC来说，你设计的信号带宽是1K，那么采样频率应该是fs=2fin，就是2K。噪声是均匀分布在采样频带内的，噪声能量是一定的，信号能量是一定的，所以要提升SNR，要么提升信号能量，要么降低噪声能量，但是关注的范围始终是在“设计的信号带宽以内”。

采用过采样和噪声整形，为的是把信号频带内的噪声移到信号频带以外，这样所关注的信号频带内的噪声就低了，SNR就会升高。所以不论你的OSR有多大，几阶整形，算SNR都是在信号频带以内，带宽以外的噪声都不考虑的，对，就是后面那坨坨小山坡，越陡越好，越高越好，反正不要它。

敲重点，所关注的信号频带内。你说的inband_bins，是根据你的OSR和采样频率来计算带宽的频点位置，算SNR时是到这个频点的二倍附近为止（是2倍fin吧，具体代码记不清了）。看你的图，70.2dB的话，应该是算到了2kHz附近了吧？怎么会信号后面的部分没算进去？如果信号后面都没进去，那应该有80dB左右啊？严格来说，你的采样频率是要根据你的信号带宽和OSR值来计算的。你这里如果带宽是1K，采样频率是1M，那么OSR是500没问题。

另外还有一点有误区，信号带宽是1K，不代表你的输入信号就是1K，而是从1到1K这个范围都可以，但是不能超过这个范围。难道你输入个10Hz的正弦，系统就不能工作了？不是的。带宽1K意思是，小于1K的信号，系统都能够正确处理，大于1K可能就会功能失效。所以你要保证低频输入10Hz、中频输入500Hz、高频输入999Hz等条件下，SNR都要满足要求。但是，不能超过带宽啊，你带宽是1K，输入1022Hz是个什么鬼？

PS：关于输入信号的频率设置，书上有些频谱图是不是在信号频点处就一根线，尖峰上去，而你仿出来有时像座小山，频谱在信号频点附近有一定宽度？这就是频谱泄露了，是因为输入信号的频率不合理，是计算的问题，但算功率的时候如果把信号附近一定宽度的频谱求和，那么信号功率也没差多少就是了，就要看代码怎么处理。你可以上网了解一下相干采样，这样不会有频谱泄露，好些。

再教你快速频谱图吧，比如你发的书上的那个例子，很明显带宽是1K，但是人家信号频率就不是在1K附近，而是在20几Hz。正常来讲一个输入信号的幅值在1附近，那么换成20dB格式也就差不多是0dB吧。所以啊它的尖尖头在0dB附近。那么噪声的功率就是求和咯加啊加的，但在20dB里就是找最高的那个点。你就记住，频谱越高的那个点点它越牛逼，其他都是可以忽略的小弟。（绝对不是-100dB + -110dB = -210dB，会被老师抓出去打的）

图中SQNDR=52dB左右，你不标这个数字我都能看差不多的值出来，怎么看，SQNDR是考虑谐波加噪声啊，那就找找找他们的大哥在哪，谐波H3不是等于-56dB么，在0到2倍带宽2K内就它最高啊，其他零零散散加起来贡献不了多少，差的很多，信号功率按照它说的是-2dB，说明幅值小于1，-2dB-(-56dB)，可不就54dB了，再加上其他七七八八的贡献个2dB，差不多嘛。

再看SQNR=114dB，怎么算的？？找大哥啊！你想想，和SQNDR相比，就是忽略了谐波失真嘛，就是那些信号频率整数倍附近的频点，那就不看它们找最高，基本就是沿着红色（theory）那条线找，哎，在2K附近找到了最高的地方，怼横轴附近差不多就是110dB嘛。对吧，这就是看频谱快速估算SNR指标，再除以6.02，不就能大致预估有效位数了。

哎，码了这么多字有些累了，自己好好研究研究，体会一下吧，喝杯下午茶去了。

Herowln

魔陈公仔 发表于 2020-9-29 15:11
首先呢，要理解什么是噪声整形。一般来说对于一个奈奎斯特ADC来说，你设计的信号带宽是1K，那么采样频率应 ...

非常感谢大神码了这么多字，论坛里果然卧虎藏龙，我细细消化以后对ADC有了更深的了解，当初缺乏对SNR具体的认知，现在想来，输入超过带宽的确是个非常错误的决定，再次感谢你愿意抽出宝贵的时间来答疑解惑。

frankLee123

好贴，论坛里面大神太多了，又学习到了，非常感谢！！
不过我还是有点没明白，信号的带宽在FFT图里面是如何确定的，以及楼主是如何把底噪降下来的，我之前用LTspice仿真也遇到底噪很大的问题，输入信号也是加了直流分量。

njz

Herowln 发表于 2020-9-29 12:10
大神，我 横坐标忘改了，图是下面这样。

这个ADC按书上设计的时候带宽是 1KHz，我就直接输入了67/65536* ...

你好，我想输入频率是不是应该用61去除而不是67，想问一下你最好用的是什么频率