ADC의 SNR과 SFDR의 차이

ADC의 성능을 결정하는 주요 지표인 SNR과 SFDR에 대한 설명이다. 

 

MT-003_Understand SINAD, ENOB, SNR, THD, THD + N, and SFDR so You Don't Get Lost in the Noise Floor - MT-003.pdf

1.35MB

 

 

위와 같이 FFT를 이용하여 스펙트럼 데이터를 얻고 ADC의 주파수 특성을 측정한다.  

이 때  FFT의 개수를 몇개로 하는가에 따라 스펙트럼의 noise floor 레벨이 달라진다. 

 

 

위 그림에서 몇개의 용어정리를 하면

  FFT noise floor = FFT를 통해 얻은 스펙트럼의 noise floor

  SNR(Signal to Noise Ratio) = ADC의 SNR = ADC의 이론적 SNR 수식 = 6.02N + 1.76

  FFT processing Gain = FFT 개수에 따른 FFT processing gain : FFT 개수가 많을 수록 Gain이 크다. 

 

FFT noise floor = SNR + FFT processing Gain  이며

위 그림에서는 110dB = 74 dB + 36 dB 가 된다. 

 

 SNR은 FFT processing Gain과 상관없는 ADC 자체의 SNR이다. ADC의 bit수가 높을 수록 SNR이 높다는 수식을 볼 수 있는데 그 수식이 바로 SNR이다. 이론적으로는 6.02N + 1.76 의 값을 가지지만 데이터시트를 보면 측정 SNR값은 이론 값보다 작다. (N : ADC 비트수)

 

 

그렇다면 SFDR은 무엇인가?

 

SFDR은 Supurious Free Dynamic Range이다. Spurious 신호에 영향을 받지 않는 범위를 말한다. 

ADC 입력에 주파수가 1개인 Carrier 신호를 넣어도 harmonic에 의한 신호 또는 기타 등등의 이유로 인해 Supurious 신호가 생긴다.

 

ADC의 SFDR을 계산할 때 FFT 개수를 충분히 늘려서 Noise floor를 충분히 낮춘 스펙트럼 데이터를 얻는다. 

그 중 Carrier 신호 전력과 supurious 신호 전력의 차이가 SFDR이다. 

항상 여기서 의문이었던 것이

1. ADC 데이터 시트를 보면 SFDR 값이  SNR값보다 컸으며,

2. 왜 SNR과 SFDR이라는 용어를 구분했는가? 

였다. 

 

1번과 2번답에 대한 추측은 ..

요즘시대에 생산되는 ADC의 supurious 신호의 전력은 SNR(=6.02N + 1.76)에서 정의되는 ADC의 noise floor보다 낮은 전력을 가지는 것으로 보인다.

ADC의 noise floor보다 낮은 supurious 신호를 보기 위해서는 FFT 개수를 늘려서 관찰하는 스펙트럼데이터의 noise floor를 낮춘다.   

FFT gain을 이용하여 noise floor를 더 낮출 수 있게 되었고,  SNR이 정의하는 noise floor 말고도,  supurious 신호에  대한 ADC 성능을 정의하는 것이 필요하게 되어, SFDR이라는 개념이 나왔다고 본다. 

그리고 supurious 신호의 전력이  ADC의 noise floor보다 보통 작으므로, SFDR 값은 SNR보다 큰 것이다.

 

 

SNR과 SFDR을 다음 그림에서 같이 확인할 수 있다. 

FFT 개수는 8192였고 이로 인해 36dB라는 FFT processing gain을 얻는다. 

 noise floor (109 dB) = SNR( 73dB) + FFT processing gain(36dB) 가 된다.  

SFDR(89dB) = [95.111 MHz carrier 신호의 전력] - [ 전력이 가장 큰 supurious 신호의 전력] 가 된다. 

 

SNR의 경우  이론적으로는 6.02*14 + 1.76 = 85dB가 되어야 하지만.. 이것은 이론적인 값일 뿐 실제 측정값은 73dB이다.