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仪表放大器简化音频失真测试

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作者:TI公司Jerry Riddick时间:2005-06-07来源:收藏
所有音频分量的关键测量是失真,通常标定为总谐波失真(THD)或总谐波失真+噪声(THD+N)。THE定义为:
THD(dB)=20Log
其中:
f1=基频幅度
f2=2次谐波幅度
f3=3次谐波幅度
f4=4次谐波幅度
fn=n次谐波幅度(<20KHz)
THD+N是所有频率分量(高达20KHz)除以基频振幅的rms(均方根值)和。
然而,测量失真是件困难的任务,特别是数值大于90dB更困难。频率源纯度必须超过所希望的测量。加上,分析仪噪声和动态范围可能限制所实现的分辨率。
THD测量的通常方法示于图1。1KHz正弦波通过1个低通滤波器以衰减大于1KHz的信号源谐波。为了计算测量正弦波基频的幅度并做为参考电平存储。被滤波的信号加到被测器件,被测器件输出经带抑制(陷波)滤波器,去除基频分量。因此,剩余的失真分量具有非常小的总动态范围。最后,放大信号并用频谱分析仪或数字转换器进行测量。在增益校正后,可以测量和计算THD。
这是一个有效的方法,但存在一些固有缺点。最后THD仅在滤波源时才良好。另外,滤波器必须不引入它们本身的谐波失真和噪声分量。而且,陷波滤波器必须避免衰减2次谐波或把此误差定标正确。
图2示出一种更简单方法。此方法利用低失真仪表的特性。这种器件是差分输入,单端输出元件,去掉和简化了输入之间的差别。单片INA系列仪表具有良好的电阻器匹配,因此具有良好的增益误差和共模抑制。加上,用外部电阻器容易实现增益的宽范围。低噪声和低失真的特性是专门为音频应用设计的,如INA217。
未滤波的1KHz参考信号加到INA非倒相输入,同一信号也加到DUT,而DUT输出连接到INA倒相输入。因为仪表在1KHz具有良好的共模抑制,(一般大于80dB),通常信号源分量和DUT输出做相应衰减。
因为在1KHz的大部分信号幅度被去除,所以,仅来自DUT的剩余差分信号可以放大到所需要的增益(一般40dB左右)并输出到频谱分析仪,这在系统噪声底值以上提高信号40dBINA增益。
同样的40dB增益也使分辨率提高。而且,参考正弦波纯度不影响结果,信号源失真分量对两个输入是共同的并被INA抑制。在此不需要滤波器。
图1、THD测量的一般方法需要低通滤波器来衰减函数发生器的谐波和带抑制滤波器来降低基频振幅
图2、用仪表放大器简化测量过程,不需要滤波器


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