降低模数转换器（ADC）信噪比（SNR）损失的设计技巧是一项涉及信号调理的关键技术。该技术的目的是在将模拟信号转换为数字信号的过程中保持信号的纯净度。在这个过程中，信号的缩放可能会导致SNR损失，本文探讨了引起这种损失的因素，并提供了一些设计上的技巧和方法，用以最小化这种损失。
我们必须了解什么是信噪比（SNR），它是指信号功率与噪声功率的比率。在数字系统中，这个比值通常用分贝（dB）表示。ADC的SNR决定了转换器的性能，尤其是在捕捉小信号时的能力。信号缩放指的是信号的电压范围调整到ADC的满量程输入范围内，以便于转换。但这个过程中，如果处理不当，就会导致信号失真，进而影响到信噪比。
双极性高压信号，如±10V的信号，由于其高电压的特性，不能直接由低压ADC处理。必须通过一些转换措施，比如使用高压ADC或通过信号调理电路，将高压信号缩放到合适的范围。为了实现信号缩放，设计者通常会用到放大器，并在此过程中引入了新的噪声源。这些噪声源包括放大器本身的输入参考噪声以及经过ADC缩小的输入参考噪声。当信号通过放大器时，这些噪声会以放大器的输入为参考，按照二次项的方式组合。
在信号缩放的过程中，有两个重要的设计变量需要考虑：滤波器的截止频率和放大器的输入参考噪声。滤波器的截止频率决定了可以处理的信号频率范围，而放大器的噪声特性则直接影响到整个系统的SNR。如果信号源包含大量的低频分量，设计者可以设计一个滤波器，使放大器可以容忍更大的输入噪声，这通常意味着较低的功耗和成本。
系统中SNR的计算需要考虑ADC的输入RMS噪声（VnADC）、放大器的输入参考噪声（VnOPA），以及放大器的比例因子。放大器的比例因子是输入与满量程范围之比，它的大小影响着系统带宽和SNR损失。
举例来说，如果有一个±10V的输入信号和一个满量程范围为5VP-P的ADC，其SNR为92dB，那么比例因子为4。若数据表中的ADC输入参考噪声为44.4nVRMS，放大器的输入参考噪声为10nV/(Hz)1/2，滤波器的截止频率为10kHz，则SNR的损失可以计算为0.035dB。如果没有滤波器，并假设ADC带宽为10MHz，为了达到相同的SNR损失，所需的放大器输入参考噪声就要非常低，为0.3nV/(Hz)1/2。然而，这通常是非常难以实现的。因此，如果系统可接受SNR损失为0.5dB，则放大器的噪声要求为4nV/(Hz)1/2，这相对容易达到。
为了实现设计目标，系统设计师需要在可容许的SNR损失和系统带宽之间找到平衡点。在设计多路复用系统的应用中，比如把多路不同摆幅的信号馈送到单个低压ADC，采用比例放大器使高压信号转换到满量程范围的低压ADC是一种可行的解决方案。这种设计方法能够在不牺牲太多性能的同时，实现高性价比的系统设计。
总结以上，设计者可以通过适当的滤波器设计和放大器选择来最小化SNR损失。通过权衡系统带宽、噪声要求和滤波器的设计，可以实现对信号进行有效缩放而不产生大量噪声。此外，通过适当的设计，还可以将多路不同摆幅的信号有效地合并到一个ADC，这在许多信号采集系统中都是一个常见的需求。这些技巧在现代电子系统中非常重要，尤其是在高精度的数据采集和处理系统中。
