A/D变换器对频谱仪和信号分析仪动态范围的影响

ADC动态指标
信噪比
对于理想的ADC来说，在奈奎斯特带宽内的量化误差为一白噪声随机信号，其量化方差。其中q=2-N为A/D变换器的量化间距，N为A/D字长N位。
量化噪声的信噪比为：

SNR=6.02N+1.76+101g(fs/2B)   (1)

式中，N是ADC的位数，fs是采样频率，Ｂ是模拟输入信号的带宽。上式右边第三项表示增加采样频率(过采样)可提高信噪比。

有效位数

实际上ＡＤＣ的误差表现为静态及动态非线性误差，并且动态误差随输入信号压摆率的增加而变大。因此实际测量的信噪比要比理论上的小一些。计算有效位数(ENOB)可以从对方程(1)的N求解得到。
ENOB(N)=[SNR-1.76-101g(fs/2B)]/6.02   (2)

频谱仪和信号分析仪内部的ADC指标评估

ADC动态所影响的信号分析仪指标

典型的频谱仪电路框图如图1所示。其中ADC处于中频信号之后，对中频(或视频)信号进行采样和转换。ADC的性能影响到频谱仪的噪声和信噪比等指标，还影响到频谱仪的失真指标，包括谐波、杂散和互调失真。

对于现代信号分析仪来说，中频和视频信号的处理基本采用数字技术和矢量分析(IQ分析)技术。因此，DAC所造成的影响就显得十分重要。

举例分析ADC动态所影响的信号分析仪指标以罗德与施瓦茨公司FSQ为例，对于A/D转换和数据分析部分进一步分析，框图如图2。

                 
                                        ADC动态所影响的信号分析仪

·ADC的量化噪声和信噪比理论分析

对于FSQ的窄带IQ分析模块，采用的ADC(标注②和③)为14位81.6MHz采样，根据公式(1)，信噪比理论值归一化到1Hz带宽(B=1Hz)为：

SNR1(1Hz)=6.02N+1.76+101g(fs/2B)=6.02×14+1.76+101g(81.6×106/2)=162dBc/Hz

所以，对于窄带IQ分析模块，ADC的量化噪声理论值为 -162dBc/Hz。

对于FSQ的宽带扩展IQ分析模块(FSQ-B72)，采用的ADC(标注①)为8位326.4MHz采样，根据公式(1)，信噪比理论值归一化到1Hz带宽(B=1Hz)为：

SNR2(1Hz)=6.02N+1.76+101g(fs/2B)=6.02×8+1.76+101g(326.4×106/2)=132dBc/Hz

所以，对于宽带IQ分析模块，ADC的量化噪声理论值为 -132dBc/Hz。

相对于实际信号分析仪，根据ADC之前的滤波器带宽BW，可以计算出分析仪在相应带宽下可以达到的实际噪声。噪声计算公式为：

N=-SNR(1Hz)+101g(BW/1Hz)

对于窄带IQ分析模块，当滤波器带宽为10MHz(被测信号带宽小于10MHz)时，ADC的量化噪声理论值为

N=-162+101g(BW/1Hz)=-92dBc

对于宽带IQ分析模块，当滤波器带宽为60MHz(被测信号带宽小于60MHz