导言
对正弦波进行准确数字化的才能是高分辨率 A→D 转换器保真度的一项敏感度测验。该测验需求一个具挨近 1ppm 残留失真重量的正弦波发生器。此外，还需求一个根据计算机的 A→D 输出监视器，用于读取和显现转换器输出频谱成分。若想以合理的本钱和杂乱程度来施行此项测验，就必需进行其元件的规划并在运用之前完结功用验证。
概要
图 1 给出了体系的示意图。一个低失真振荡器经过一个放大器来驱动 A→D。A→D 输出接口对转换器输出进行格式化，并与担任履行频谱剖析软件和显现成果数据的计算机进行通讯。
图 1：A→D 频谱纯度测验体系方框图。假定选用了一个无失真的振荡器，由计算机担任显现因放大器和 A→D 失真发生的富里叶 (Fourier) 重量
振荡器电路
振荡器是体系中难度最大的电路规划部分。为了对 18 位 A→D 进行有意义的测验，振荡器的不纯度有必要超低，并且这些特性有必要选用独立的办法加以验证。图 2 基本上是一款“全反相”2kHz 维氏 (Wien) 电桥规划 (A1-A2)，其在哈佛大学 Winfield Hill 所做研讨作业的基础上进行。原始规划的 J-FET 增益操控被一个 LED 驱动的 CdS 光电管隔离器所代替，然后消除了由 J-FET 电导率调制引起的差错，一同也就不用为最大极限地削减这些差错而进行微调。限带的 A3 担任接纳 A2 输出和 DC 失调偏置，并经过一个 2.6kHz 滤波器供给输出以驱动 A→D 输入放大器。用于 A1-A2 振荡器的自动增益操控 (AGC) 信号由担任给整流器 A5-A6 馈电的 AC 耦合 A4 从电路输出 (“AGC 检测”) 获取。A6 的 DC 输出表明电路输出正弦波的 AC 起伏。运用终接至 AGC 放大器 A7 的电流求和电阻器来使该数值与 LT®1029 基准坚持平衡。驱动 Q1 的 A7 经过设定 LED 电流 (因此还包含 CdS 光电管电阻) 来闭合增益操控环路，然后安稳振荡器输出的起伏。虽然这会衰减 A3 和输出滤波器的带限呼应，但从电路的输出取得增益操控反应信息可坚持输出起伏。别的，它还对 A7 环路闭合动态特性提出了要求。切当地说，A3 的频带约束与输出滤波器 A6 的滞后及纹波按捺组件 (在 Q1 的基极中) 相组合，可发生明显的相位推迟。A7 上的一个 1μF 主极点和一个 RC 零点一同供给了该推迟，然后完成了安稳的环路补偿。这种办法用简略的 RC 滚降滤波器替代了紧密调谐的高阶输出滤波器，然后在坚持输出起伏的一同最大极限地降低了失真1。
图 2：维氏电桥 (Wien Bridge) 振荡器在信号通路中选用反相放大器，可完成 3ppm 失真。LED 光电管替代了常用的 J-FET 作为增益操控器，然后消除了电导率调制所引起的失真。与 A3 相关的滤波衰减经过在电路输出端检测 AGC 反应来补偿。DC 失调施加偏压使输出进入 A→D 输入放大器规模
从 LED 偏置中消除与振荡器有关的重量是坚持低失真的要害。任何此类残留噪声都将调整振荡器的起伏，因此引进不纯重量。对带限 AGC 信号正向通路施行了很好的滤波，并且 Q1 基极中的大 RC 常数供给了终究的峻峭滚降。如图 3 (Q1 的发射极电流) 所示，振荡器相关纹波在 10mA 的总电流中约为 1nA (小于 0.1ppm)。
图 3：振荡器 (扫迹 A) 相关的残留噪声 (扫迹 B)，在 Q1 发射极噪声中仅模糊可看到 (≈ 1nA，大约为 LED 电流的 0.1ppm)。运用很多 AGC 信号通路滤波取得的特性可防止调制重量影响光电管呼应
振荡器仅经过一次微调便完成了其功用。该调整 (其确认了 AGC 捕获规模的中心) 是依照原理图注释设定的。
验证振荡器失真
验证振荡器失真需求选用精密的丈量办法。测验选用传统失真剖析仪 (乃至是高档型剖析仪) 来丈量失真会遭受局限性。图 4 示出了振荡器输出 (扫迹 A) 及其在剖析仪输出端上的残留失真指示 (扫迹 B)。在剖析仪的噪声层和不确认性层中，振荡器相关动作的概括描绘是模糊不清的。测验中运用的 HP-339A 规则了一个 18ppm 的最小可丈量失真；这张照片在拍照时仪器的指示为 9ppm。这超过了标准目标并且十分可疑，由于在丈量失真时假设到达或挨近了设备的功用极限，就会带来明显的不确认性2。假设要对振荡器失真进行有意义的丈量，则必需运用不确认层十分低和精美的专业型剖析仪。规则了 2.5ppm 总谐波失真 + 噪声 (THD + N) 限值 (典型值为 1.5ppm) 的 Audio Precision 2722 供给了图 5 中的数据。如该图所示，总谐波失真 (THD) 为 -110dB，即大约 3ppm。图 6 (运用相同的仪器取得) 示出的 THD + N 为 105dB，即 5.8ppm 左右。在图 7 所示的终究测验中，剖析仪确认了振荡器的频谱成分 (以三次谐波为主导，坐落 -112dB，即大约 2.4ppm)。这些丈量值使人们有决心把该振荡器运用于 A→D 保真度特性剖析中。
图 4：HP-339A 失真剖析仪在其分辨率限值规模外作业会给出有误导的失真指示 (扫迹 B)。剖析仪输出包含了振荡器和仪器特征的不确认组合，不行作为断定根据。扫迹 A 是振荡器输出
图 5：Audio Precision 2722 剖析仪测得的振荡器 THD 为 -110dB，大约 3ppm
图 6：AP-2722 剖析仪测得的振荡器 THD + N ≈ -105dB，大约 5.8ppm
图 7：AP-2722 频谱输出显现三次谐波的峰值为 -112.5dB，≈ 2.4ppm
A→D 测验
A→D 测验经过其输入放大器将振荡器输出发送至 A→D。此项测验丈量了由输入放大器 / A→D 组合所发生的失真重量。A→D 输出由计算机来查看，计算机将以定量的方法把频谱差错重量指示在图 8 的显现界面中3。该显现界面包含了时域信息 (其示出了集中于转换器作业规模内的偏置正弦波)、一个富里叶改换 (指示了频谱差错重量) 和具体的表列读数。被测验的 LTC®2379 18 位 A→D / LT6350 放大器组合发生了 -111dB (约 2.8ppm) 的二次谐波失真，而较高频率的谐波则远低于该水平。这表明 A→D 及其输入放大器处于正确的运作状况和标准规模之内。要想完成振荡器与放大器 / A→D之间的谐波消除，则必需测验多个放大器 / A→D 样本以添加丈量的置信度4。
图 8：图 1 所示测验体系的部分显现包含时域信息、富里叶频谱曲线图以及具体的表列读数 (针对由 LT6350 放大器驱动的 LTC2379 18 位 A→D)
注 1：这有點类似于使食物经过绞肉机来制造浓汤。
注 2：在或挨近设备功用约束的条件下进行的失真丈量充满了令人不快的惊奇。请拜见《LTC 运用攻略 43》 “桥式电路” (Bridge Circuit) 附录 D “了解失真丈量”(Understanding Distortion Measurements)，作者是 Audio Precision 公司的 Bruce Hofer。
注 3：凌力尔特供给了测验所必需的输入放大器 / A→D 转换器、计算机数据收集和时钟电路板。软件代码可登录 www.linear.com.cn 网站下载。概况请见附录 A “用于A→D 保真度测验的东西”。
注 4：相关注释请细心研讨正文部分中的“验证振荡器失真”和脚注 2。
附录 A
用于 A→D 保真度测验的东西
可供给用于施行正文所述之 A→D 测验的电路板。表 1 列出了电路板功用及其产品型号。别的，计算机软件 PScopeTM 也可从凌力尔特获取或拜访 www.linear.com.cn 网站下载。
* 可以运用任何可以驱动 50Ω 负载的安稳、低相位噪声 3.3V 时钟。
