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选用惠普HP-339A分析仪进行18位ADC保真度的丈量

采用惠普HP-339A分析仪进行18位ADC保真度的测量-惠普公司的HP-339A分析仪给出了18ppm的最小可测失真。图中显示仪器读数为9ppm,这超出了设备的规格,因此高度存疑。测得的失真等于或接近于设备极限时,会产生显著的不确定性,接近于设备极限的失真测量很难有令人满意的结果(参考文献1)。

对高分辨率ADC保真度有一种活络的测验,那就是忠实地数字化一个正弦波的才干。这个测验要求有一台剩余失真挨近1ppm(百万分之一)的正弦波发生器。别的,它还要求有一个核算机上运转的ADC输出监控器,用于读出并显现转换器输出的频谱重量。要以合理的本钱和杂乱性完结这个测验,就要在运用前验证其

部件的结构与功能。低失真振荡器经过一个放大器驱动ADC(图1)。ADC的输出接口对转换器的输出做格式化,并与核算机通讯。核算机上运转频谱剖析软件,并显现出核算的成果数据。

振荡器电路

体系的振荡器是电路中最难规划的部分。直觉上振荡器有必要具有低的杂波水平,18位ADC的丈量才干有意义。然后,还有必要运用独立的办法,验证这些低杂波特性。

规划源于Winfield Hill的一项作业,他是哈佛大学罗兰学院电子工程实验室的主任。今后可以将此规划用于2kHz的Wien桥规划(图2)。一切放大器都以反相办法运用,这样可以消除信号途径中的CMRR(共模按捺比)差错。

低失真放大器A1和A2是本款振荡器中的有源元件。原规划中的JFET会带来传导调制差错,因而可以用一个LED驱动的CdS(硫化镉)光电隔离器替代它。然后将A2的输出与A3输入端的滤波DC偏移结合起来。A3反应网络中的电容约束了放大器的带宽。这个2.6kHz滤波器的输出驱动待测ADC的输入放大器。

A1/A2振荡器需求AGC(自动增益操控),因而,将电路的输出用沟通耦合到一个高阻低噪声的JFET输入放大器A4,后者再馈至精密整流器A5。A5再驱动积分器A6。A6的直流输出标明了电路输出正弦波的沟通起伏。

电流汇总电阻可以用于平衡针对凌力尔特技能公司LT1029 IC所发生基准电压的直流值。电流汇总电阻馈入AGC单电源放大器A7。这个放大器驱动Q1,设定LED的电流。LED电流关闭了增益操控回路,由于它终究改变了CdS芯的电阻,然后安稳振荡器的输出波幅。

经过取得电路输出的增益操控反应,保持了输出的波幅,而与A3以及输出滤波器的衰减与带宽约束呼应无关。这种拓扑结构还对放大器A7的闭环动态功能提出了要求。A3的带宽约束、输出滤波器、A6的滞后,以及连接到Q1基极的纹波按捺元件彼此结合,发生了一个显着的相位推迟。可以在A7的主极上用一只1μF电容合作一个零值RC(电阻/电容)吸收这个推迟,以完成安稳的回路补偿。这种办法替代了经精密调整、有简略RC滚降呼应的高阶输出滤波器,最大极限减小了失真,保持了输出波幅的安稳不变。

关键是要从LED偏移中消除与振荡器相关的信号重量,以保持低的失真。任何这类残留成分都会调制振荡器的波幅,然后引进不纯洁的频率重量。带宽约束的AGC信号途径有很好的滤波。

Q1基极大的RC时间常数供给了一个峻峭滚降的终究呼应。Q1的射极电流标明,10mA总电流中有大约1nA振荡器相关纹波,这小于0.1ppm (图3)。振荡器只需求一只100Ω电位器就能完成这个功能。这个调理契合图2中的阐明,并确认了AGC捕捉区间的中点。

振荡器的失真

验证振荡器的失真需求杂乱的丈量技能。假如试图用传统的失真剖析仪去丈量,就会遇到一些约束,哪怕采用了高端机型。示波器可以用于显现剖析仪输出端的残留失真(图4)。关于任何与振荡器有关的信号活动,放大器的本底布景都显现出弱小的噪声与不确认性。

惠普公司的HP-339A剖析仪给出了18ppm的最小可测失真。图中显现仪器读数为9ppm,这超出了设备的标准,因而高度存疑。测得的失真等于或挨近于设备极限时,会发生明显的不确认性,挨近于设备极限的失真丈量很难有令人满意的成果(参考文献1)。

要对振荡器失真做有意义的丈量,就需求运用低不确认性本底的专用剖析仪。Audio Precision公司的2722剖析仪有最大2.5ppm的THD+N (总谐波失真+噪声),典型THD+N为1.5ppm。该仪器对振荡器的THD做了三次丈量,得出的THD值为:在3ppm、5.8ppm和2.4ppm时分别为 -110dB、-105dB和-112dB(图5)。这些丈量成果为将该振荡器用于确认ADC保真度特性供给了决心。

ADC测验

在测验ADC时,将振荡器输出连接到ADC的输入放大器上。丈量的是ADC与ADC输入放大器联合发生的失真。然后用一台核算机查看ADC的输出,它量化标明出了频谱差错的重量(图6)。

从凌力尔特技能公司网站上可以下载到用于丈量的代码,并取得输入放大器、ADC、核算机数据收集,以及时钟电路板。相关部件包含:一只晶振、凌力尔特技能公司的LT6350放大器、LTC1279 ADC、DC718接口卡以及可以驱动50Ω的任何一种安稳的低相位噪声3.3V时钟。

核算机显现的内容包含时域的信息,给出了定坐落转换器作业区间中心的偏移正弦波。它还显现了具体的列表读数,以及一个指示出频谱差错重量的傅里叶变换。待测的放大器/ADC组合发生-111 dB的二次谐波失真,大约为2.8 ppm。较高频的谐波远低于这个水平,标明ADC及其输入放大器都作业正常,并处于标准范围内。谐波按捺或许出现在振荡器与放大器/ADC组合之间,这就要求对放大器/ADC样品做屡次测验,增加对丈量的决心。

责任编辑:gt

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