正弦波敏感度测试之A→D转换器的保真度测试

图 3：振荡器 (扫迹 A) 相关的残留噪声 (扫迹 B)，在 Q1 发射极噪声中仅依稀可看到 (≈ 1nA，大约为 LED 电流的 0.1ppm)。利用大量 AGC 信号通路滤波获得的特性可避免调制分量影响光电管响应

振荡器仅通过一次微调便实现了其性能。该调整 (其确定了 AGC 捕获范围的中心) 是按照原理图注释设定的。

验证振荡器失真

验证振荡器失真需要采用精细的测量方法。尝试采用传统失真分析仪 (甚至是高级型分析仪) 来测量失真会遭遇局限性。图 4 示出了振荡器输出 (扫迹 A) 及其在分析仪输出端上的残留失真指示 (扫迹 B)。在分析仪的噪声层和不确定性层中，振荡器相关动作的轮廓描绘是模糊不清的。测试中使用的 HP-339A 规定了一个 18ppm 的最小可测量失真;这张照片在拍摄时仪器的指示为 9ppm。这超过了规格指标而且非常可疑，因为在测量失真时如果达到或接近了设备的性能极限，就会带来显著的不确定性2。假如要对振荡器失真进行有意义的测量，则必需使用不确定层非常低和精致的专业型分析仪。规定了 2.5ppm 总谐波失真 + 噪声 (THD + N) 限值 (典型值为 1.5ppm) 的 Audio Precision 2722 提供了图 5 中的数据。如该图所示，总谐波失真 (THD) 为 -110dB，即大约 3ppm。图 6 (使用相同的仪器获得) 示出的 THD + N 为 105dB，即 5.8ppm 左右。在图 7 所示的最终测试中，分析仪确定了振荡器的频谱成分 (以三次谐波为主导，位于 -112dB，即大约 2.4ppm)。这些测量值使人们有信心把该振荡器应用于 A→D 保真度特性分析中。

图 4：HP-339A 失真分析仪在其分辨率限值范围外工作会给出有误导的失真指示 (扫迹 B)。分析仪输出包含了振荡器和仪器特征的不确定组合，不可作为判定依据。扫迹 A 是振荡器输出

图 5：Audio Precision 2722 分析仪测得的振荡器 THD 为 -110dB，大约 3ppm

图 6：AP-2722 分析仪测得的振荡器 THD + N ≈ -105dB，大约 5.8ppm

图 7：AP-2722 频谱输出显示三次谐波的峰值为 -112.5dB，≈ 2.4ppm

A→D 测试

A→D 测试通过其输入放大器将振荡器输出发送至 A→D。此项测试测量了由输入放大器 / A→D 组合所产生的失真分量。A→D 输出由计算机来检查，计算机将以定量的方式把频谱误差分量指示在图 8 的显示界面中3。该显示界面包含了时域信息 (其示出了集中于转换器工作范围内的偏置正弦波)、一个富里叶变换 (指示了频谱误差分量) 和详细的表列读数。被测试的 LTC?2379 18 位 A→D / LT6350 放大器组合产生了 -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态和规格范围之内。要想实现振荡器与放大器 / A→D之间的谐波消除，则必需测试多个放大器 / A→D 样本以增加测量的置信度4。